[发明专利]几何改进人工势场的无人机避障机动方法和系统

权利要求书

1.几何改进人工势场的无人机避障机动方法，其特征在于，包括：

确定无人机需要做出避障机动时，根据临界碰撞角以及无人机当前时刻的飞行角度确定无人机在避障模式下所需的避障机动角，利用避障机动角确定改进后的障碍物斥力场斥力；

根据基于临界碰撞角的无人机期望避障飞行速度确定无人机的速度避障力；根据所述无人机的速度避障力和所述改进后的障碍物斥力场斥力共同确定无人机障碍规避控制力，基于无人机障碍规避控制力完成无人机避障；

采用以下任意一种方式确定无人机的速度避障力：

方式一、无人机对于该障碍物的临界碰撞角ζ表示为：

其中ζ为无人机对于该障碍物的临界碰撞角，r_i为无人机的半径，r_o为障碍物的半径，D_io为无人机与障碍物的相对距离；

无人机的速度避障力表示如下：

其中，F_v为无人机的速度避障力；k_v为速度避障力系数；v为当前时刻无人机的速度；v_ζ为当前时刻基于临界碰撞角的无人机期望避障飞行速度,η为无人机飞行速度方向与障碍物之间的相对角度，ζ为无人机对于该障碍物的临界碰撞角，ρ为无人机到障碍物表面的距离；ρ₀为障碍物O所形成的斥力势场的影响范围；

方式二、确定期望的临界避障角为:

式中:ζ_exp为期望的临界避障角；r_i、r_o分别为无人机i和障碍物O的半径；δ为考虑通信时延、扰动等不确定因素影响的附加避障距离；D_io为当前时刻无人机与障碍物的相对距离。

结合无人机与障碍物相对飞行的偏离方向,无人机的速度避障力进一步表示为:

式中,k_v＞0为速度避障力系数；v为当前时刻无人机的速度；为当前时刻无人机正对障碍物中心或偏向右侧飞行情况下的期望避障飞行速度；为当前时刻无人机偏向障碍物左侧飞行情况下的期望避障飞行速度；θ_po为当前时刻无人机与障碍物的相对方位角；ζ_exp为当前时刻无人机相对障碍物的期望临界避障角；

若无人机的速度避障力如公式(1)所示，则无人机障碍规避控制力表示为:

2.根据权利要求1所述的几何改进人工势场的无人机避障机动方法，其特征在于，确定无人机需要做出避障机动的方法包括：检测到突发障碍物后，根据无人机当前状态与障碍物的相对几何关系确定避障机动判决条件，根据避障机动判决条件确定无人机是否做出避障机动；所述避障机动判决条件表示如下：

同时满足上面两个公式，则确定无人机做出避障机动；否则无人机不做出避障机动；

其中η为无人机飞行速度方向与障碍物之间的相对角度，ζ为无人机对于该障碍物的临界碰撞角，D_io为无人机与障碍物的相对距离，D_avoid为无人机需要采取避障机动的避障距离。

3.根据权利要求1所述的几何改进人工势场的无人机避障机动方法，其特征在于，所述改进后的障碍物斥力场斥力表示为：

其中F_d为改进后的障碍物斥力场斥力；ρ为无人机到障碍物表面的距离；ρ₀为障碍物O所形成的斥力势场的影响范围；ζ为当前时刻无人机对障碍物O的临界碰撞角；η为当前时刻无人机的飞行方向和障碍物之间的相对角度；C为中间参数，c＞0决定斥力的变化速度；为障碍物O指向无人机i的单位向量。