[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

说明书

本发明提供了一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，包括获取无人机及目标点当前位置信息，建立无人机群与目标点所在的飞行平面坐标系；根据目标点投影坐标在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，根据方案数据包计算无人机投影坐标到达虚拟目标点的飞行轨迹；进行寻优操作得到每个无人机对应的最优飞行轨迹，进行中段飞行制导；到达虚拟目标点的无人机群再进行末段飞行制导。本发明通过将无人机群协同打击过程分为中段飞行制导和末段飞行制导，将问题降维，降低了计算复杂度，不仅能够快速计算出无人机当前位置到目标位置的最优路径，而且能够满足打击末段实时航迹规划的要求。

技术领域

本发明涉及无人飞行器航迹规划技术领域，特别地，涉及一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法。

背景技术

在战场上，雷达站、指挥部等高价值目标通常具有完备的防御体系，不易被攻破。现役的装备中，高超音速武器或弹道导弹可以有效突防，但研发与使用成本极高，不可能在每一个关注点都负担得起。如何用低成本的方式达到同样或更好的打击效果，已成为一个亟待解决的问题，是当前军事领域的研究热点。

自杀式无人机的出现刷新了人们对突防武器的认识。与传统导弹相比，自杀式无人机兼具无人机和导弹的特点，具有更大的灵活性。因此，利用大量廉价的自杀式无人机协同作战的方式越来越受到重视，协同策略的研究也随之兴起。

现如今，基于各类智能算法发展而来的无人机航迹规划与协同策略方法有很多。这类算法的核心是在某些性能指标约束下，在起点位置和目标位置之间搜索一条最优路径。实际应用时，智能算法往往存在搜索空间大，求解速度慢，不能保证解的最优性等困难。同时，由于机载计算机计算能力的限制，难以进行实时的航迹规划。而对于自杀式无人机，在确定攻击目标后必须快速规划出打击航迹并实施机动，才能保证打击过程的时效性。因此，基于上述因素，将协同打击问题进行分解与降维，寻求一种既能满足航迹最优性要求，又能满足实时计算要求的飞行器末段快速目标打击航迹规划方法是必不可少的。

发明内容

本发明目的在于提供一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，以解决上述现有技术中存在的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种时空约束下多无人机协同路径规划与制导方法，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。

进一步的，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；