[发明专利]一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法

权利要求书

1.一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立飞行平面坐标系，获取无人机群及目标点的当前位置信息，将所述无人机群的当前位置信息和所述目标点的当前位置信息投影至所述飞行平面坐标系，得到无人机群的投影坐标和目标点的投影坐标；

根据所述目标点的投影坐标，在所述飞行平面坐标系中确定威胁区域，计算无人机群与虚拟目标点形成映射关系的方案数据包；所述威胁区域是以所述目标点的投影坐标为中心的圆形区域，所述威胁区域的边缘设置为威胁圆，所述威胁圆上的点设置为虚拟目标点；

根据所述方案数据包，计算无人机群的投影坐标到达所述虚拟目标点的飞行轨迹；

对所述飞行轨迹进行寻优操作，得到每个无人机对应的最优飞行轨迹，根据最优飞行轨迹在三维空间中进行中段飞行制导；

当无人机群通过所述中段飞行制导到达所述虚拟目标点后，进行末段飞行制导；

设定威胁圆上的虚拟目标点作为无人机群在所述中段飞行制导过程中路径规划的终点，计算无人机群与虚拟目标点形成映射关系的方案数据包；

所述虚拟目标点为无人机群的所有单机在路径规划策略约束下到达威胁圆上的对应位置t_i，表示为：

式中，{T_j(j＝1,2…,n)}是指无人机在威胁圆上的虚拟目标点的位置，也是所述中段飞行制导过程的路径规划的终点位置；{β_j(j＝1,2…,n)}是无人机在威胁圆上虚拟目标点处的预期冲击角；表示相对于T_j的中心角；

的波动范围设置为无人机数量为n，则的估算值为其中则无人机群与虚拟目标点的映射关系组数估算值为

无人机的速度方向在通过威胁圆时指向目标点，表示为：

并且虚拟目标点均匀地分布在威胁圆上，表示为：

确定，剩余所有的虚拟目标点也随之确定。

2.根据权利要求1所述的一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，从无人机控制设备获取无人机群和目标点的初始状态参数，根据所述初始状态参数，确定无人机群及目标点的当前位置信息；

无人机群的初始状态参数p_i为：

其中，P_i表示无人机群的初始位置，无人机数量为n；θ_i代表航向角；r_i代表各无人机的最小转弯半径；

目标点的参数T为：T＝(x_T，y_T，R)，其中(x_T，y_T)为目标点在飞行平面坐标系内的投影坐标，R为威胁圆半径。

3.根据权利要求2所述的一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，所述无人机群和目标点的初始状态参数的获取具体是从卫星定位系统、机载传感器设备以及机载计算机获取的。

4.根据权利要求1所述的一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，根据所述方案数据包，计算无人机群的投影坐标到达所述虚拟目标点的飞行轨迹，包括：

计算无人机初始左转或右转的最小圆与威胁圆的公切线确定的Dubins轨迹的两个终点，并将两个终点设置为特征点；

利用所述特征点划分路径规划的可视区与盲区；

以虚拟目标点是否落在盲区内为判断条件，确定任一无人机到对应虚拟目标点所采取的轨迹计算方法。

5.根据权利要求4所述的一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，对于虚拟目标点落在可视区内的情况，利用经典的Dubins算法计算无人机群的投影坐标到达所述虚拟目标点的飞行轨迹。

6.根据权利要求4所述的一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，其特征在于，对于虚拟目标点落在盲区内的情况，通过添加一段威胁圆上的圆弧作为路径的一部分，再利用经典Dubins方法分段计算路径，最后得到无人机群的投影坐标到达所述虚拟目标点的飞行轨迹。