[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

说明书

本发明公开了几何改进人工势场的无人机避障机动方法和系统，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；根据无人机的速度避障力和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。本发明有效避免无人机不必要的避障机动行为，并能改善过度避障的行为，所产生的避障路径较短；无人机的速度避障力考虑了根据受不确定因素影响的附加避障距离确定的期望临界避障角，由此确定的速度避障力提高了避障成功的概率。

技术领域

本发明涉及无人机自主避障技术领域，具体涉及几何改进人工势场的无人机避障机动方法和系统。

背景技术

无人机有着轻便灵活、机动性强、隐蔽性好等特点，被广泛地应用于民用和军事领域。随着无人机的不断发展,无人机任务环境越来越复杂，复杂多变的任务环境，使得预设的全局航路不能完全保证无人机在任务执行过程中的飞行安全问题，因此在遭遇突发障碍下无人机的自主避障技术也是无人机系统的关键组成部分；是实现无人机自主飞行的重要前提；是保证无人机顺利完成任务、精确击中敌方目标的重要基础；是实现无人机自动控制的有力保障。开展无人机避障机动策略的研究也能提高目前任务规划的整体水平，对于任务规划的进一步研究也具有重要的现实意义。

现有的无人机避障方法主要分为以下两类:(1)基于航路规划的避障方法；此方法的思想主要是将避障问题转化为航路规划问题,如遗传算法、人工势场法、A*算法。(2)基于几何关系的避障方法；这类方法的主要思想是根据无人机与障碍物之间的相对距离、速度、加速度、角度等关键信息计算得到规避航路。比如可以采用椭球体对障碍物建模,根据椭球体方程与无人机速度矢量计算得到障碍物规避航点。还可以通过实时检测无人机与障碍物位置关系获取障碍物的特征点,得到安全飞行边界,无人机沿边界飞行规避障碍物。

但是目前基于几何关系的避障方法难以避免不必要的避障机动行为，从而导致过度避障行为。

发明内容

本发明旨在针对目前几何关系的避障方法难以避免不必要的避障机动行为，从而导致过度避障行为的技术问题，提供一种几何改进人工势场的无人机避障机动方法。

为实现上述技术目的，本发明提供一种几何改进人工势场的无人机避障机动方法，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。

进一步地，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：

|η＜ζ,

D_io≤D_avoid

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。

再进一步地，所述无人机对于该障碍物的临界碰撞角ζ表示为：