[发明专利]一种密集无人机避障与冲突消解方法及装置

说明书

本发明公开了一种密集无人机避障与冲突消解方法及装置，其中方法包括：确认初始信息，所述初始信息包括各无人机信息以及障碍物信息；建立空间均匀网格，将无人机信息和障碍物信息映射到空间均匀网格中；构建人工势场函数，根据人工势场函数获取人工势场力；引入核函数对人工势场力的影响进行加权调整；引入作用于无人机速度法线方向的调整力；引入一个无人机靠近目标时的调整系数，结合加权调整后的人工势场力和调整力计算合力。本发明能够在无人机数量足够大的前提下，保证无人机飞行安全和整体的计算效率，并满足各自的飞行任务要求。本发明可广泛应用于无人机协同控制技术领域。

技术领域

本发明涉及无人机协同控制技术领域，尤其涉及一种密集无人机避障与冲突消解方法及装置。

背景技术

现代无人机具有小巧、灵活、易于控制等特点，可以探索人类无法抵达或者存在危险的区域，在军事领域具有重要地位，而无人机负载能力的提升也为运输业、农业提供了一种崭新的发展方式，其中的无人机快递服务近些年一直是一个热门的话题。由于单一无人机续航、视野、负载等限制，相关科研工作的重点往往集中在无人机集群，而随着近些年无人机技术的高速发展，同一个空域下同时执行任务的无人机数量也在不断增加，从而使得集群进行障碍躲避以及无人机之间冲突消解的难度越来越大。目前常用的避障与冲突消解算法包括最优化理论、人工势场法和神经网络法。相比最优化方法的计算量大以及神经网络法的难以训练问题，人工势场法原理简单、易于理解、时效性高，而且路径光滑，在解决相应问题中往往处于首选地位。但传统的人工势场法存在容易陷入局部最优点以及无法达到目标两大问题，而且计算效率也会随着无人机数量的增加而快速降低。

发明内容

为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种密集无人机避障与冲突消解方法及装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种密集无人机避障与冲突消解方法，包括以下步骤：

确认初始信息，所述初始信息包括各无人机信息以及障碍物信息；

建立空间均匀网格，将无人机信息和障碍物信息映射到空间均匀网格中；

构建人工势场函数，根据人工势场函数获取人工势场力；

引入核函数对人工势场力的影响进行加权调整；

引入作用于无人机速度法线方向的调整力；

引入一个无人机靠近目标时的调整系数，结合加权调整后的人工势场力和调整力计算合力。

进一步地，所述建立空间均匀网格，将无人机信息和障碍物信息映射到空间均匀网格中，包括：

构建空间均匀网格，将整个飞行空域分为N个独立的网格空间，每个网格空间的大小介于无人机的通讯范围与安全距离之间；

将无人机的实际空间坐标转换到网格坐标，计算得到所处网格的索引，并存入集合中。

进一步地，所述构建人工势场函数，根据人工势场函数获取人工势场力，包括：

构建无人机与目标点之间的引力势场函数；

构建无人机与障碍物之间的斥力势场函数；

构建无人机之间的斥力势场函数；

根据构建的势场函数，计算势场函数的负梯度得到对应的势场力。

进一步地，所述根据构建的势场函数，计算势场函数的负梯度得到对应的势场力，包括：

计算目标点对无人机的引力势场U_att以及目标点对无人机的吸引力F_att：