[发明专利]基于固定时间滑模面的无人机集群协同跟踪方法

说明书

本发明提出了一种基于固定时间滑模面的无人机集群协同跟踪方法，包括：S100，根据无人机集群的预设编队队形，确定无人机集群中各无人机在预设时刻的期望位置和期望速度；S200，基于期望位置和期望速度，针对无人机集群中的各无人机定义变量；S300，基于定义的变量，设计各无人机的固定时间滑模面；S400，基于固定时间滑模面和任务对无人机的要求，计算各无人机的控制律并且确定控制律的参数；S500，通过控制律控制对应无人机在预设时间内达到预设期望位置和期望速度。本发明可以保证在规定的时间内，集群完成队形变化和重构，满足无人机适应复杂地形、执行复杂任务的需求；由于控制律是解析形式，所以控制易实现。

技术领域

本发明涉及无人机集群技术领域，尤其涉及一种基于固定时间滑模面的无人机集群协同跟踪方法。

背景技术

对于无人机集群来说，起飞后短时间内形成编队阵型能够提升作战效能，延长集群的作战时间。同时，在执行攻击、避障以及峡谷穿行等任务时，为了能够适应地形变化和任务需求，集群需要进行队形变化以及队形重构。由于战场形势瞬息万变，敌方目标和障碍物的位置也在随时变化，因此，集群在探测到障碍物并做出决策后，能否在碰撞障碍物之前完成队形变化从而避开障碍物就成为一个关键的问题，集群中各无人机在规定时间内对期望航迹的协同跟踪技术也成为一项亟待突破的关键技术。

无人机协同跟踪控制就是在规定的时间内编队中各无人机根据自身和相邻无人机状态完成编队控制策略设计，从而对期望航迹进行跟踪，最终完成集群的队形变化和重构。

涉及的主要问题包括：

1)针对无人机模型的固定时间滑模面的设计；

2)针对无人机集群系统的分布式固定时间编队控制策略设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何设计无人机集群的分布式协同跟踪控制律，使得集群在指定时间内实现编队阵型的形成或重构，本发明提出一种基于固定时间滑模面的无人机集群协同跟踪方法。

根据本发明实施例的基于固定时间滑模面的无人机集群协同跟踪方法，包括：

根据无人机集群的预设编队队形，确定无人机集群中各无人机在预设时刻的期望位置和期望速度；

基于所述期望位置和期望速度，针对无人机集群中的各无人机定义变量；

基于定义的所述变量，设计各无人机的固定时间滑模面；

基于所述固定时间滑模面和任务对无人机的要求，计算各无人机的控制律并且确定控制律的参数；

通过所述控制律控制对应无人机在预设时间内达到预设期望位置和期望速度。

根据本发明的一些实施例，针对无人机集群中各无人机定义变量，包括：

针对集群中的第i个和第j个无人机定义变量p_i(t)和q_i(t)如下：

其中，Γ为无人机集群中所有无人机编号的有限点集，ai_j表示第i个无人机和第j个无人机之间的通信关系，b_i表示第i个无人机和虚拟领航者之间的通信关系；x_i和x_j表示第i个和第j无人机的位置，v_i和v_j表示第i个和第j无人机的速度；x_di表示第i个无人机的期望位置，v_di表示第i个无人机的期望速度，N表示无人机的总量。

在本发明的一些实施例中，当第i个无人机能够接收到第j个无人机所发送的信息时，a_ij＝1，反之a_ij＝0；当第i个无人机能够接收到虚拟领航者的信息时，b_i＝1，反之b_i＝0。