[发明专利]一种基于行为控制的无人机集群编队飞行方法

说明书

本发明提出了一种基于行为控制的无人机集群编队飞行方法，属于智能控制领域。所述飞行方法包括以下步骤：S1、在无人机集群中，根据无人机的运动模型，对无人机进行编号；S2、利用编队控制器对无人机集群进行编队控制；所述编队控制器包括信息感知模块、信息融合模块、行为决策模块和飞行控制模块；S3、基于行为的编队控制策略，选择无人机集群的编队飞行行为；所述无人机集群的编队飞行行为主要包括：向任务目标运动行为、队形保持行为、碰撞避免行为和离群保持行为。采用本发明可以使多无人机系统在完成任务的过程中应对异常状态、避开障碍物、到达任务目标点，实现多无人机的实时编队控制，从而完成需要多无人机协同的编队飞行任务。

技术领域

本发明设计智能控制领域，具体设计一种基于行为控制的无人机集群编队飞行方法。

技术背景

随着传感器技术、通讯技术、控制理论、人工智能等相关领域应用的不断发展，无人机的应用水平也在快速提高，具体体现为需要完成的任务变得更加复杂化，所处的环境变得更加不可预知。面对未知环境下的复杂任务，人们考虑采用多人协作的方式弥补单个无人机的能力不足问题。多无人机系统能够通过协作在时间和空间上并发的完成复杂任务，对无人机的设计难度比较低，只需要设计功能特定的无人机，不需要拥有能执行所有任务的高级无人机，各个无人机在功能上互补，具有经济、可靠、响应快等优点。

中国发明专利(CN105589470A)公开了一种多无人机的分布式编队控制方法，通过构造多无人机之间的链式结构，无人机通过分布式控制算法计算无人机的期望速度，进行速度控制从而使无人机保持给定的队形。中国发明专利(CN108508911A)公开了无人机编队飞行控制方法及无人机，主要能够根据航点的四个维度信息，合理调整无人机的飞行速度，保证无人机定时定点飞行到目标航点上。

目前无人机集群编队控制面对的主要问题是：如何在无人机集群执行编队飞行任务的过程中提高队形保持的效率。为了形成编队需要多无人机之间交换状态信息(速度和位置信息)，在领航者跟随者编队控制方法中会让领航者承担较大的通信负荷和计算量，并且面临通信状态不稳定的状况会难以处理；编队控制器依赖定位信息计算控制输入，通常定位数据会由于非系统原因出现不稳定的奇异点，如何处理定位数据也是编队控制中的关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于行为控制的无人机集群编队方法。通过对无人机获取的GPS传感器数据进行位置有效性判断以及在编队控制器中设计主要的编队飞行行为，根据不同的环境和任务需求进行编队飞行行为决策从而得到无人机最后的控制输入，以控制无人机的运动来达成编队，提高编队飞行过程中无人机集群的队形保持效率。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于行为控制的无人机集群编队飞行方法，包括以下步骤：

S1、在无人机集群中，根据无人机的运动模型，对无人机进行编号；

S2、利用编队控制器对无人机集群进行编队控制；

S3、基于行为的编队控制策略，选择无人机集群的编队飞行行为。

优选的，所述的无人机的运动模型满足：

其中，n为整数代表无人机数量，n≥3，i对应第i个无人机，p_i代表第i个无人机的位置，表示第i个无人机对位置的微分，代表对第i个无人机的控制输入,和分别表示对应于第i个无人机的线速度和角速度，定义无人机的位置状态量p_i＝(x_i,y_i,z_i)，其中x_i,y_i,z_i分别对应于无人机i在大地坐标系中的x、y和z轴坐标；