[发明专利]一种异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法

说明书

本发明公开了一种异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法，包括包括以下步骤：根据要处理的任务与所述无人机群内各无人机的动力学特性，对所述无人机群分簇，所划分的每个簇同要处理的任务之一对应；对于所划分的每个簇，获取其对应任务的目标位置、已识别的障碍物位置与簇内的各无人机的当前位置；根据所述目标位置、障碍物位置与无人机当前位置，利用引力函数与斥力函数计算各无人机在当前位置受到的引力与斥力，其中根据改进的人工势场函数获取所述引力函数与所述斥力函数；根据各无人机在当前位置受到的引力与斥力的合力驱动各无人机。

技术领域：

本发明属于无人机集群控制与航迹规划领域，公开了一种异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法。

背景技术：

无人机具有灵活性高，机动性能良好，反应速度快，操作要求低等优点，在一定程度上可以代替有人机执行复杂和危险的任务。但受限于无人机自身的能量、能力以及载荷等因素，紧靠单架无人机难以应对复杂多变的环境和自主完成工作任务，因此无人机群协同作业成为趋势。随着计算机、网络、通信等新一代信息技术的高速发展，多无人机集群技术具有越来越广泛且重要的军事和民用价值，尤其是在多目标、多任务的应用场景中，如协同侦察、饱和打击、精准农业、环境监测等。然而，单一功能无人机组成的同构集群因载荷、功能等仍存在较大局限性，执行多目标的控制任务时往往需要多架异构无人机协同来完成。而且，现有无人机群面临着分簇编队固定等难题，导致无人机群无法根据任务的变化或完成度进行相应的调整，在一些目标或者任务多变的场景中，受到了极大的限制。此外，无人机群的航迹规划过程中存在目标不可达、局部极小值陷阱及路径长度过长的问题，无法根据无人机的实时状态确定其是否继续参加并完成任务，因此造成了无人机集群不能发挥最大效能。

针对这一现状，迫切需要开发一种具有安全性、可靠性和可操作性的异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法，以满足实际任务场景的需求。因此，本发明致力于解决现有的技术难题，提升无人机群智能化完成任务的效能，提高无人机群完成多目标复杂任务的品质。

发明内容：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或者至少提供一种有用的构建方式。为此，本发明提出了一种具有安全性、可靠性和可操作性的异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法，使得具有不同功能的异构无人机群能够自主完成多目标控制任务。

根据本发明的一方面，提供了异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法，包括以下步骤：根据要处理的任务与所述无人机群内各无人机的动力学特性，对所述无人机群分簇，所划分的每个簇同要处理的任务之一对应；对于所划分的每个簇，获取其对应任务的目标位置、已识别的障碍物位置与簇内的各无人机的当前位置；根据所述目标位置、障碍物位置与无人机当前位置，利用引力函数与斥力函数计算各无人机在当前位置受到的引力与斥力，其中根据改进的人工势场函数获取所述引力函数与所述斥力函数；根据各无人机在当前位置受到的引力与斥力的合力驱动各无人机。

根据本发明的又一方面，提供了异构无人机群交互分簇编队及航迹规划方法，包括：步骤1：设定异构无人机群的初始参数，如机群数量、机群性能等；确定无人机群的任务形式、任务性质以及机群的允许编队形式；步骤2：基于对任务的初步规划，根据任务所需和无人机群的不同功能，依照平衡划分原则实现机群的自主分簇；步骤3：基于不同任务性质所对应的分簇形式，通过改进的人工势场的方法进行航迹规划，有效地解决目标不可达、局部极小值陷阱及路径长度过长的问题；步骤4：基于任务因内在或外在因素的变化或调整，面向实时需求，实现无人机群自主分簇编队及航迹规划。

本发明的特点还在于：

步骤1中，任务性质包括目标侦查、巡航、火力攻击等任务模式。机群的允许编队形式依赖于外界环境，比如在高山或者峡谷执行任务时，松散的横向队形无法抵御强风干扰，不可选择该队形执行任务。