[发明专利]一种基于改进型人工势场法的多无人机编队避障方法

说明书

本发明提供了一种基于改进型人工势场法的多无人机编队避障方法，包括：构造虚拟的势力场，障碍物对无人机产生斥力，目标对无人机产生引力，根据无人机间的距离计算无人机间的作用力，引力和斥力的合力作用在无人机上，控制无人机实现避障功能。结合障碍物的速度变量，重新定义斥力函数，增强了无人机对于移动障碍物的敏感度；考虑了无人机间的避碰问题，当无人机间距离小于最小安全距离时，无人机间表现为斥力，当无人间距离大于最大安全距离时，无人机间表现为引力。

技术领域

本发明属于多无人机编队避障方法领域，具体涉及一种基于改进型人工势场法的多无人机编队避障方法。

背景技术

编队避障是多无人机集群实现智能化的重要技术，其基本思想是通过障碍物的斥力场和目标位置的引力场共同作用形成一个虚拟的人工势场，再搜索一条势函数下降的方向，形成一条无碰撞的轨迹。传统人工势场法将障碍物视为一定大小的圆，模型过于简化，不符合实际情况，且障碍物周围设置影响范围，没有考虑移动障碍物的速度因素，可能导致碰撞事故。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于改进型人工势场法的多无人机编队避障方法，能够实现多无人机编队避障，同时考虑了移动障碍物的问题，增强了无人机对于移动障碍物的敏感度，使得无人机不会进入任何一个障碍物的影响范围，提高了飞行安全性提高。

本发明方法具体包括如下内：在多无人机避障过程中，执行如下步骤：

步骤1：对引力增益系数k_a、斥力增益系数k_r、无人机安全距离区间[d_min，d_max]进行初始化；d_min表示无人机安全距离最小值，d_max表示无人机安全距离最大值；

步骤2：初始化无人机当前位置坐标p_current，目标点位置为q₀，障碍物数量为N，障碍物的影响范围为ρ₀；

步骤3：无人机获取与编队内其他无人机之间距离d，判断d是否处于无人机安全距离区间[d_min，d_max]，计算无人机间的作用力F_uav(p)；

步骤4：通过无人机上的双目视觉模块获得障碍物的点云数据，对点云数据进行椭球拟合，拟合出障碍物的椭球体方程(利用通用的椭球拟合算法，对获取的点云数据进行处理，得到方程)；

步骤5：无人机P的坐标为(x_p，y_p，z_p)，无人机P与第i个障碍物之间的距离D_poi(p，o_i)修正为点到椭圆的最短距离，其中椭圆的方程可由椭球体得到；

步骤6：计算无人机与障碍物的相对速度，引入斥力函数，得到改进后的斥力场函数F_rep(p)；

步骤7：获得无人机所受的合力；

步骤8：计算下一个航迹点p_next；

步骤9：按无人机所受合力的方向运动到下一个航迹点p_next；

步骤10：保存无人机当前的位置坐标，并将当前无人机的位置设置为起点坐标，p_current＝p_next；

步骤11：通过无人机与目标点的位置来判断无人机是否已经到达目标点，如果无人机没有到达目标点，则返回步骤3继续执行，直到运动至目标点。

步骤3包括：

无人机间的作用力F_uav(p)为：