[发明专利]基于人工势场的固定翼无人机编队航迹规划方法与装置

权利要求书

1.一种基于人工势场的固定翼无人机编队航迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：

根据固定翼无人机的运动学特性建立单架无人机的运动学模型；所述运动学模型中包括无人机惯性系下的位姿与载具系下的速度之间的关系，以及无人机载具系下的速度与加速度之间的关系；所述无人机载具系下的速度与加速度之间的关系中包括速度变化趋势矩阵；所述惯性系为相对地面静止的坐标系；所述载具系为相对无人机静止的坐标系；

根据预设目标点设置全局吸引信号，根据预设障碍物设置局部排斥信号，根据所述全局吸引信号和所述局部排斥信号确定载具系下单架无人机受到的总的引导信号；所述局部排斥信号为当所述无人机位于预设的障碍物的作用半径内时所受到的排斥信号；

根据所述单架无人机的运动学模型和预设目标点及预设障碍物下单架无人机受到的总的引导信号，确定单架固定翼无人机在已知目标和障碍物条件下的单机路径规划算法；

获取固定翼无人机的编队信息，根据所述编队信息中的队形参数和长机当前的位置和姿态信息确定僚机在长机的载具系下僚机目标点；

获取外部障碍物信息，并以僚机队员为内部障碍设置内部障碍物信息，根据所述外部障碍物信息、内部障碍物信息以及所述僚机目标点，使得所述长机通过所述单机路径规划算法向编队目标区域飞行，并且每个僚机通过所述单机路径规划算法向所述长机集结，实现固定翼无人机编队的编队集结航迹规划。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设目标点设置全局吸引信号，根据预设障碍物设置局部排斥信号，根据所述全局吸引信号和所述局部排斥信号确定载具系下单架无人机受到的总的引导信号，包括：

根据预设目标点设置全局吸引信号，根据预设障碍物设置局部排斥信号，根据所述全局吸引信号和所述局部排斥信号确定载具系下单架无人机受到的总的引导信号；其中，当所述无人机位于预设的障碍物的作用半径内时，所述局部排斥信号为∞。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当障碍物在无人机正前方时，所述预设的障碍物的作用半径的计算公式为：

其中，R为障碍物的作用半径，R_o为障碍物最大半径，R_v为无人机载具的转弯半径，R_v＝v_l/ω+r_v，ω为无人机能达到的最大的角速度，v_l为无人机载具的线速度，r_v为无人机载具自身的碰撞半径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述速度变化趋势矩阵为：

其中，或f_l为线速度变化趋势值，f_θ为俯仰角速度变化趋势值，f_ψ为偏航角速度变化趋势值，为载具系下无人机受到x方向的引导信号，为载具系下无人机受到y方向的引导信号，为载具系下无人机受到z方向的引导信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在根据预设目标点设置全局吸引信号，根据预设障碍物设置局部排斥信号，根据所述全局吸引信号和所述局部排斥信号确定载具系下单架无人机受到的总的引导信号时，还包括：

当所述预设目标点和所述预设障碍物的连线与无人机载具线速度共线且障碍物位于无人机与目标点之间时，设置一个垂直于所述无人机载具线速度的附加引导信号，使得所述无人机脱离局部极小值点。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在获取固定翼无人机的编队信息，根据所述编队信息中的队形参数和长机当前的位置和姿态信息确定僚机在长机的载具系下僚机目标点之前，还包括：

对长机和僚机队员进行编号，并根据编号大小设置无人机避障的优先级。