[发明专利]一种固定翼集群队形生成方法

说明书

本发明公开了一种固定翼集群队形生成方法。根据各个固定翼的当前位姿和会合点位姿和最小转弯半径，计算出Dubins曲线为最优Dubins路径，根据最长的最优Dubins路径的长度确定参考等长路径长度和参考固定翼；搜索剩余各个固定翼的最优Dubins路径达到参考等长路径长度的最优半径，以代替固定翼最小转弯半径重新获得最优Dubins路径；通过地速控制器控制沿最优Dubins路径飞行到达会合点。本发明可快速进行规划，在计算资源有限的平台实现飞行控制，设置等长路径和地速控制器减轻了固定翼速度分配的压力，地速控制器，控制固定翼地速匀速，更好地实现了固定翼集群队形生成。

技术领域

本发明属于无人机技术领域的一种固定翼无人机飞行控制方法，尤其是一种利用地速分配和等长Dubins算法的固定翼无人机协同路径规划的方法。

背景技术

随着无人机技术的发展，固定翼编队在作战中发挥的作用越来越多。固定翼编队执行协同探测、侦察、作战等任务的整体性相比单个无人机有了很大程度的提高。

而队形生成是固定翼集群中的一个重要环节。在固定翼队形生成过程中，固定翼一般会面临风速的扰动，掉速和动力学约束等问题，所以对于多无人机队形生成问题，目前尚无较好的解决方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在有限的平台计算资源，风速扰动和动力学约束下，快速规划固定翼集群的路径，并沿路径进行速度动态分配，实现固定翼集群队形生成。

为了克服上述问题，本发明提出了一种利用速度分配和等长Dubins算法实现固定翼集群队形生成的方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

步骤S1：实时获取每架固定翼的当前位姿P_s，设定每架固定翼在固定翼集群上的会合点位姿P_f；位姿包括位置和姿态。

步骤S2：设置Dubins路径计算模块，根据各个固定翼的当前位姿P_s和会合点位姿P_f以及固定翼的转弯半径区间[R_MIN，R_MAX]，R_MIN表示固定翼最小转弯半径，R_MAX表示固定翼的最大转弯半径，通过Dubins路径计算模块计算出从固定翼的当前位姿P_s到会合点位姿P_f之间的Dubins曲线作为该固定翼的最优Dubins路径，并选取所有固定翼的最优Dubins路径中最长的一条最优Dubins路径的长度作为参考等长路径长度，参考等长路径长度对应的固定翼作为参考固定翼；

步骤S3：Dubins路径计算模块中，根据固定翼的转弯半径区间[R_MIN，R_MAX]和参考等长路径长度，搜索获得除了参考固定翼以外的剩余各个固定翼的最优Dubins路径在不同Dubins曲线类型下达到参考等长路径长度所需的最优半径R^*，用最优半径R^*代替固定翼最小转弯半径R_MIN回到步骤S2重新获得剩余各个固定翼的最优Dubins路径；

由此，将参考固定翼的最优Dubins路径保持始终不变，其余固定翼的最优Dubins路径进行优化重新设置。

步骤S4：设定每架固定翼的地速相同，通过地速控制器控制各个固定翼沿自身的最优Dubins路径飞行移动，使得保持所有固定翼同时到达固定翼集群的会合点。

本发明中，布置各个固定翼集群在平行于地面的上空平面上进行飞行，固定翼在同一飞行高度上在平面进行集群队形生成，飞行高度所在的平面上不具有障碍物。

所述步骤S3中，设置约束条件：

|Dubins(R^*,Mode)-L_ref|＜＝1m