[发明专利]一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法，包括以下步骤：步骤一、可飞行路径规划；步骤二、调整可飞行路径参数产生可飞行等长路径；步骤三、任意两条可飞行等长路径碰撞检测；步骤四、逆推法调整可飞行等长路径；步骤五、生成安全可飞行路径。本发明方法简单，采用逆推法从航路终止位姿向起始位姿逆推计算碰撞点，对两条可飞行路径的其中一条在碰撞点进行路径补偿，对另一条在起点位姿进行路径补偿，在保证多无人机安全飞行的同时，极大地减少了航迹生成时间，增加了规划效率，使用效果好。

技术领域

本发明属于无人机航迹规划技术领域，具体涉及一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法。

背景技术

随着计算机技术、传感器技术、无线通信技术和无人机技术的发展，无人机逐渐具有高度自主性控制能力，与有飞行员驾驶的载人飞行器相比，无人机具有众多潜在的优点，如：自主飞行的无人机在燃油充足的情况下不需要休息，可以进行更长时间的巡航；无人机不需要提供飞行员必须的生命支持系统，这不仅减少了飞行成本，还为部署传感器和其他设备提供了更多空间。多无人机协同作战能够提高无人机作战效能，成为无人机作战应用的发展趋势，而无人机的航迹规划为其提供了实现的可能性。

于是研究高效率的多无人机协同航迹规划方法是提升无人机协同作战能力的有效途径，也逐渐成为一个研究热点。多无人机协同航迹规划旨在为编队中每架无人机设计一条符合曲率约束的可飞行路径，使得无人机群同时到达指定地点，并保证无人机之间不发生碰撞。利用计算机智能的算法代替人工地为无人机进行航迹规划，不仅节约时间和人力，而且在无人机和任务数量较多的时候计算机计算出的路径往往会比人工地规划结果更加合理。所以，如何在复杂的战场环境中对无人机进行更加合理的航迹规划也成为无人机航迹规划研究的目的和方向，具有较大的理论和实践意义。

无人机协同路径规划主要包括编队集结路径规划、编队保持路径规划、编队重构路径规划三方面。多无人机协同航迹规划考虑的主要约束有可飞性约束和安全性约束。其中可飞性约束指规划的路径能够满足各无人机的运动学约束条件，如最大曲率约束，最大挠率约束、路径曲率连续约束等。路径安全性是指无人机组内不发生碰撞，并且无人机规划的路径不与环境中的障碍物发生碰撞。其他的约束还有时间协同约束，即各无人机必须同时到达目标点完成队形重构。路径规划的目标是使得路径整体性能指标最优，包括路径长度、平滑性能和隐身性能等。

路径规划是无人系统中不可分割的一部分，目前大多数采用的路径规划技术都是从地面机器人领域借鉴而来的。常用的求解路径规划的方法有最优控制法、人工势场法、基于图形学的算法和智能优化方法等。

传统方法具有比较好的完备性，但是在环境过于复杂的时候计算量会大大增加，并且有可能找不到路径。因此需要一种极大减小计算量的多无人机协同航迹规划方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法，其方法简单，采用逆推法从航路终止位姿向起始位姿逆推计算碰撞点，对两条可飞行路径分别在碰撞点或起点位姿进行补偿，在保证多无人机安全飞行的同时，极大地减小了计算时长，减少了航迹生成时间，使用效果好。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于逆推法的多无人机协同航迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、可飞行路径规划：分别确定n架无人机的起始位姿和终止位姿，为第i架无人机产生连接起始位姿φ_si和终止位姿φ_fi的可飞行路径，n架无人机的可飞行路径均满足曲率约束，其中φ_si表示第i架无人机的起始位姿，φ_fi表示第i架无人机的终止位姿，i＝1,2,...，n,n表示无人机的数量；

步骤二、调整可飞行路径参数产生可飞行等长路径：

步骤201、选取参考路径：分别计算n架无人机的可飞行路径的路径长度，选择n架无人机的可飞行路径中路径长度最长的一条作为参考路径；