[发明专利]一种基于降维解耦机制的无人机集群实时航迹生成方法

权利要求书

1.一种基于降维解耦机制的无人机集群实时航迹生成方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：输入任务信息、无人机性能信息以及航迹规划算法参数，实现参数信息初始化；

步骤二：建立航迹离散化模型、无人机飞行约束模型和无人机集群航迹规划问题模型；

步骤三：通过滚动时域规划将集群航迹规划问题分解为若干短时域规划问题；

步骤四：在滚动规划框架下，结合优先级解耦机制将集群航迹规划问题转化为一系列单航迹规划问题，从而降低集群规划问题维度，提高求解集群规划的效率；

步骤五：针对解耦后的无人机单机航迹规划问题，通过消除非主动威胁规避/机间避碰约束的检测方法，有效减少约束检测次数，并结合稀疏A*搜索算法，高效生成满足飞行约束的无人机规划航迹，实现对解耦后的无人机单机航迹规划；

步骤六：判断步骤四的优先级规划循环是否结束；判断集群所有无人机是否完成航迹规划：若是，则转入步骤八；反之则执行步骤七；

步骤七：更新无人机航迹规划任务信息；低优先级无人机将接收的高优先级无人机航迹信息作为约束信息，更新非主动威胁规避/机间避碰约束，转入步骤五；

步骤八：判断滚动规划时域循环是否结束；判断当前是否满足滚动时域规划终止条件，若是，滚动规划过程终止，所有无人机到达目标点，输出集群航迹，集群航迹规划结束；反之，更新下一个滚动规划步的起点为当前规划步的终点，转至步骤三，继续执行滚动规划时域循环。

2.如权利要求1所述的一种基于降维解耦机制的无人机集群实时航迹生成方法，其特征在于：还包括步骤九，通过步骤一至步骤八能够在有限时间内生成安全的集群航迹，引导无人机集群在复杂环境中飞行，进而实现大规模无人机集群协同飞行，解决大规模无人机集群规划领域相应问题。

3.如权利要求1或2所述的一种基于降维解耦机制的无人机集群实时航迹生成方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

所述输入任务信息包括规划起始点/目标点、飞行性能约束和障碍位置，滚动规划时域的长度T，离散步长Δh以及收敛误差δ以及无人机性能信息以及航迹规划算法参数信息。

4.如权利要求3所述的一种基于降维解耦机制的无人机集群实时航迹生成方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

步骤2.1：建立航迹离散化模型；

无人机集群的航迹被描述为一系列离散点，航迹离散化，步长为Δh，集合表示为Π＝{π₁,π₂,...,π_N}，N代表集群无人机数量，每一个子集中i＝1,...,N代表第i架无人机，p_i＝(x_i,y_i,z_i)表示第i架无人机的三维位置坐标，其中上标“1,2,...,k,...,K”代表航迹点的序号；

步骤2.2：建立飞行约束模型；

A.最大航向角约束

考虑无人机过载限制，所生成的航迹水平转弯角必须小于无人机的最大航向角；最大航向角约束表示为

其中θ_max表示无人机最大航向角；表示第i架无人机在第k个航路点的转向角；

B.最大爬升/下滑角约束

在垂直面上，飞行航迹的转角必须满足爬升/下滑角约束，如式(2)所示；

其中表示最大爬升/下滑角；表示第i无人机在第k个航路点的爬升/下滑角；

C.避障约束

为了保证无人机的安全，规划的航迹必须避开环境中的障碍物；避障约束表示为式(3)；

其中Θ表示障碍区域；

D.机间避碰约束

无人机需避免相互碰撞，即任意两个无人机均需保持最小安全距离机间避撞约束如公式(4)所示，其中||·||₂表示2-范数；

步骤2.3：建立无人机集群航迹规划问题模型；无人机集群航迹规划的目标是最小化无人机集群的总航迹长度；集群航迹规划问题模型如式(5)所示；