[发明专利]一种基于梯度函数的无人机编队避障方法

说明书

本发明涉及一种基于梯度函数的无人机编队避障方法，(1)准备若干架无人机；(2)规定起始位置与目标位置，目标位置周围无障碍物；(3)开始起飞，每架飞机向各自目标位置移动，每当某一架飞机移动一步，扫描全局飞机位置；(4)存储步骤(3)最新扫描得到的值，并准备下一步更新；(5)根据最新存储的数据，计算相邻两两飞机之间的距离，判断是否有飞机满足避障条件，即最近距离是否靠近安全距离；(6)进入编队飞行状态，假设满足避障条件，则避障过程建立的模型；重复步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)，避障策略采用步骤(6)。本发明更好实现了机群内，机对机的动态避障，弥补了传统动态避障算法中的不足。

技术领域

本发明涉及无人机编队避障和队形控制领域，具体而言，涉及一种基于梯度函数的无人机编队避障方法。

背景技术

随着当前航空航天技术的不断发展，无人机在社会各领域的应用越来越广泛。在需求不断被挖掘场合，单架无人机的应用受限越来越大。比如执行某项任务时，单架无人机人力成本与时间成本远大于多架无人机。就其结果而言，单架执行任务范围较窄，造成执行效率过低等问题。

避障问题是多无人机编队领域里的热门问题，传统方法大部分都基于二维平面，都是对已有的算法进行改进，没有对此类问题提出可靠的模型以及对模型中的问题进行归纳总结。

发明内容

本发明针对避障中的对机群内的飞机间的避障问题提出了尝试性的模型：根据运动趋势，对一定范围内的无人机碰撞情况进行细化与分析，得出前障(追尾)模型和后撞(被追尾)模型。并对模型给出了应有的解释，解决了二维平面下多无人机机群内的避障问题，并且经过实验可以进行仿真应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于梯度函数的无人机编队避障方法，包括以下步骤

(1)准备若干架无人机；

(2)规定起始位置与目标位置；

a、确定无人机机群的起始位置；

b、确定无人机机群的目标位置；

c、确定起始位置与目标位置之间，目标位置周围无障碍物；

(3)开始起飞，每架飞机向各自目标位置移动，每当某一架飞机移动一步，扫描全局飞机位置；

(4)存储步骤(3)最新扫描得到的值，并准备下一步更新；

(5)根据最新存储的数据，计算相邻两两飞机之间的距离，判断是否有飞机满足避障条件，即最近距离是否靠近安全距离；

(6)进入编队飞行状态，假设满足避障条件，则避障过程建立的模型与解释如下：

a、前障模型，r是飞机起飞后，旋翼最外围到飞机几何中心的距离；R是飞机A与B的几何中心的距离；假设某时刻两飞机距离为L，则理论安全距离定义为L＞2r；

υ_A与υ_B分别是飞机A和B沿着方向的速度分量，且满足υ_A＜υ_B，即说明在较短时间内，飞机B会靠近飞机A的安全距离，进而可能发生碰撞；

在此种模型下的避让方案为：飞机B进入避障状态，采取沿梯度方向飞行的策略，使得υ_B减小：此时在方向，速度差为Δυ(t)＝υ_B(t)-υ_A(t)，最大碰撞时间为：

根据要最短时间达到目标位置的要求，平面内的梯度方向存在两个方向，假设根据相关算法，飞机B选择了方向，则只需要保证在t_Δ(t)内Δυ(t)＝0；则飞机A、飞机B这两架飞机不会发生碰撞，全局范围内，实时检测两两飞机之间的距离，其中飞机A与飞机B是某一时刻检测到的最近的两架飞机；