[发明专利]一种无人机跟踪移动目标航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种无人机跟踪移动目标航迹规划方法，为了解决无人机跟踪移动目标时没有确定规划目标点，并要使无人机与移动目标始终保持一定距离持续跟踪的技术难题，本发明首先在对峙圆上确定临时目标点，并利用人工势场法规划到临时目标点的航迹，实现无人机对移动目标的持续跟踪。本发明主要包括以下步骤：(1)预测移动目标未来位置；(2)确定对峙距离；(3)确定对峙圆上临时目标点；(4)计算人工势场引力与斥力；(5)确定无人机航迹；本发明利用人工势场法规划无人机到临时目标点的航迹，计算量小，计算速度快，可以生成平滑的航迹，并由于临时目标点不断更新变化，解决了人工势场法航迹规划算法容易陷入局部最优解的问题。

技术领域

本发明属于无人机自主控制领域，具体涉及一种无人机跟踪移动目标航迹规划方法。

背景技术

无人机是指无人驾驶、自主推进，由无线电遥控或者自身程序控制，利用空气动力学承载飞行并可重复使用的飞行器。无人机具有尺寸小、费用低、机动性好、隐蔽性好、适应性强等优点，无人机的这些优点使其可以在复杂和危险的环境下进行航空检测和侦察，并随着科技、经济和政治因素的推动，其在各领域有着日益广泛的应用。

对目标进行探测是无人机的重要任务之一，其目的是对目标进行搜索、跟踪和监视，获取目标位置和轨迹，识别目标的性质和状态。而根据探测目标的运动特性，可以将目标分为固定目标和移动目标两类。不同于无人机探测固定目标时的航迹规划，无人机探测移动目标时，要保持对目标的跟踪，航迹规划没有确定的终点。在无人机跟踪移动目标时，要保证对移动目标的探测载荷覆盖，减少定位误差，并要求无人机与移动目标始终保持一定的安全距离，降低无人机的暴露风险。而传统的无人机航迹规划算法都是针对目标点确定的情况下对无人机进行航迹规划，所以研究无人机跟踪移动目标航迹规划对提高无人机任务能力具有重要意义。

发明内容

为了解决无人机跟踪移动目标时没有确定规划目标点，并要求无人机与移动目标始终保持一定距离持续跟踪的技术难题，本发明提出一种无人机跟踪移动目标航迹规划方法，首先在对峙圆上确定临时目标点，并利用人工势场法规划到临时目标点的航迹，实现无人机对移动目标的持续跟踪。

本发明所采取的技术方案为：

一种无人机跟踪移动目标航迹规划方法，具体包括以下步骤：

(1)根据移动目标的运动特性以及当前时刻位置，计算未来设定时间ΔT后，移动目标的位置信息；

(2)无人机以一定距离绕移动目标盘旋的方式对移动目标进行实时跟踪，将盘旋圆称为对峙圆，盘旋过程中无人机与移动目标的距离称为对峙距离，并将对峙距离确定为无人机携带探测载荷的最大作用距离R；

(3)计算当前时刻无人机位置与未来ΔT时间后移动目标位置之间的距离，根据计算的距离和对峙距离R确定无人机位于对峙圆的位置，根据无人机位于对峙圆的位置以及无人机速度确定对峙圆上临时目标点；

(4)计算无人机受到临时目标点的人工势场引力与无人机受到障碍物的人工势场斥力；

(5)根据临时目标点对无人机的人工势场引力和障碍物对无人机的人工势场斥力，计算无人机受到的合力，将合力方向作为无人机在当前位置的规划速度方向，并设置航迹规划步长，保持无人机速度大小不变，计算设定时间Δt后无人机的位置；

(6)每隔Δt重复步骤(4)和步骤(5)，得到ΔT时间内的无人机航迹；返回步骤(1)。

其中，步骤(3)具体包括以下步骤：

(3.1)计算当前时刻无人机位置与未来ΔT时间后移动目标位置之间的距离d；