无人机集群编队控制方法技术

本发明专利技术提出了一种无人机集群编队控制方法，包括：A1，设定无人机集群中领航者无人机的预设飞行速度，基于预设飞行速度，调整无人机集群中跟随者无人机的速度；A2，基于无人集群中每架无人机的位置，构建组合向量场；A3，基于组合向量场，计算对应的无人机的期望飞行航迹角和飞行航迹角的变化率；A4，基于组合向量场、无人机的期望飞行航迹角以及飞行航迹角的变化率，对无人机的速度方向进行控制，并结合步骤A1中无人机的速度的计算结果，对无人集群编队队形进行控制。该方法直接对无人机的速度、转向率、爬升率约束做了显式处理，满足无人机的实际飞行约束。而且，本方法基于向量场法，具有易实现、精度高、控制代价低的优势。

UAV cluster formation control method

【技术实现步骤摘要】
无人机集群编队控制方法
本专利技术涉及无人机
，尤其涉及一种无人机集群编队控制方法。
技术介绍
无人机集群实际应用中，常会要求无人机集群形成椭圆型、光滑星型等编队队形绕目标做循环往复式编队飞行，完成对目标的持续包围、持续探测、护航等任务。相关技术中，无法对无人机集群的编队队形进行有效控制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何对无人机集群编队队形进行有效控制，本专利技术提出了一种无人机集群编队控制方法。根据本专利技术实施例的无人机集群编队控制方法，包括：A1，设定无人机集群中领航者无人机的预设飞行速度，基于所述预设飞行速度，调整所述无人机集群中跟随者无人机的速度；A2，基于所述无人集群中每架无人机的位置，构建组合向量场；A3，基于所述组合向量场，计算对应的所述无人机的期望飞行航迹角和所述飞行航迹角的变化率；A4，基于所述组合向量场、所述无人机的期望飞行航迹角以及所述飞行航迹角的变化率，对所述无人机的速度方向进行控制，并结合所述步骤A1中所述无人机的速度的计算结果，对所述无人集群编队队形进行控制。根据本专利技术实施例的无人机集群编队控制方法，直接对无人机的速度、转向率、爬升率约束做了显式处理，满足无人机的实际飞行约束，能实现无人机集群的编队控制，不再局限于通常的圆型。而且，本方法基于向量场法，具有易实现、精度高、控制代价低的优势。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤A1中，所述预设飞行速度为v0，所述跟随者无人机的速度vn，满足：其中，n(n＝2,3,…,N)为跟随无人机的编号，δv为速度调整范围，s＝±1用于决定无人机集群沿期望路径的飞行方向，Kc＞0为机间协同增益，anj为无人机n与无人机j在通信拓扑中的邻接关系，和分别为编号为n和编号为j的所述无人机对应的时钟角，δnj为编号为n和编号为j的所述无人机的期望角距。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤A2中，在任意时刻tk，每架所述无人机所在的位置矢量为pn,k(xn,k,yn,k,zn,k)，速度矢量为vn,k(vn,xk,vn,yk,vn,zk)，所述组合向量场为：其中，分别表示x、y、z对时间的导数，下标d表示期望达到的值，Vg为无人机的地速，可用来表示无人机tk时刻位置pn,k(xn,k,yn,k,zn,k)到曲线路径的距离，vc和vs分别为组成组合向量场的无旋向量场分量和螺线向量场分量，fx表示函数f(x,y,z)关于x的偏导数，κ和s均为可调整参数，满足κ＞0，s＝±1。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤A3中，所述期望飞行航迹角包括：期望对地转向角和期望爬升角。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤A3中，所述期望对地转向角χd和期望爬升角γd分别计算如下：根据本专利技术的一些实施例，所述期望对地转向角的变化率为期望对地转向率所述期望爬升角的变化率为期望爬升率分别计算如下：其中，B1、B2、B3、C1、C2、C3均为计算函数。在本专利技术的一些实施例中，所述无人机集群的编队队形为椭圆型、星型或多边形。附图说明图1为根据本专利技术实施例的无人机集群编队控制方法流程图；图2为根据本专利技术实施例的是时钟角定义示意图；图3a为根据本专利技术实施例的无人机集群椭圆型编队形成过程(0秒)示意图；图3b为根据本专利技术实施例的无人机集群椭圆型编队形成过程(33秒)示意图；图3c为根据本专利技术实施例的无人机集群椭圆型编队形成过程(66秒)示意图；图3d为根据本专利技术实施例的无人机集群椭圆型编队形成过程(99秒)示意图；图4为根据本专利技术实施例的无人机集群到期望椭圆型路径的相对距离随时间的变化图；图5根据本专利技术实施例的无人机之间的期望角距误差随时间的变化示意图；图6为根据本专利技术实施例的输出速度随时间的变化示意图；图7为根据本专利技术实施例的输出转向率随时间的变化示意图；图8为根据本专利技术实施例的输出爬升率随时间的变化示意图；图9a为根据本专利技术实施例的无人机集群光滑星型编队形成过程(0秒)示意图；图9b为根据本专利技术实施例的无人机集群光滑星型编队形成过程(30秒)示意图；图9c为根据本专利技术实施例的无人机集群光滑星型编队形成过程(66秒)示意图；图9d为根据本专利技术实施例的无人机集群光滑星型编队形成过程(99秒)示意图；图10为根据本专利技术实施例的无人机集群到期望光滑星型路径的相对距离随时间的变化示意图；图11为根据本专利技术实施例的无人机之间的期望角距误差随时间的变化图；图12为根据本专利技术实施例的输出速度随时间的变化示意图；图13为根据本专利技术实施例的输出转向率随时间的变化示意图；图14为根据本专利技术实施例的输出爬升率随时间的变化示意图。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本专利技术进行详细说明如后。如1所示，根据本专利技术实施例的无人机集群编队控制方法，包括：A1，设定无人机集群中领航者无人机的预设飞行速度，基于预设飞行速度，调整无人机集群中跟随者无人机的速度；A2，基于无人集群中每架无人机的位置，构建组合向量场；A3，基于组合向量场，计算对应的无人机的期望飞行航迹角和飞行航迹角的变化率；A4，基于组合向量场、无人机的期望飞行航迹角以及飞行航迹角的变化率，对无人机的速度方向进行控制，并结合步骤A1中无人机的速度的计算结果，对无人集群编队队形进行控制。根据本专利技术实施例的无人机集群编队控制方法，直接对无人机的速度、转向率、爬升率约束做了显式处理，满足无人机的实际飞行约束，能实现无人机集群的编队控制，不再局限于通常的圆型。而且，本方法基于向量场法，具有易实现、精度高、控制代价低的优势。根据本专利技术的一些实施例，步骤A1中，预设飞行速度为v0，跟随者无人机的速度vn，满足：其中，n(n＝2,3,…,N)为跟随无人机的编号，δv为速度调整范围，s＝±1用于决定无人机集群沿期望路径的飞行方向，Kc＞0为机间协同增益，anj为无人机n与无人机j在通信拓扑中的邻接关系，和分别为编号为n和编号为j的无人机对应的时钟角，为编号为n和编号为j的无人机的期望角距。在本专利技术的一些实施例中，步骤A2中，在任意时刻tk，每架无人机所在的位置矢量为pn,k(xn,k,yn,k,zn,k)，速度矢量为vn,k(vn,xk,vn,yk,vn,zk)，组合向量场为：其中，分别表示x、y、z对时间的导数，下标d表示期望达到的值，Vg为无人机的地速，可用来表示无人机tk时刻位置pn,k(xn,k,yn,k,zn,k)到曲线路径的距离，vc和vs分别为组成组合向量场的无旋向量场分量和螺线向量场分量，fx表示函数f(x,y,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机集群编队控制方法，其特征在于，包括：/nA1，设定无人机集群中领航者无人机的预设飞行速度，基于所述预设飞行速度，调整所述无人机集群中跟随者无人机的速度；/nA2，基于所述无人集群中每架无人机的位置，构建组合向量场；/nA3，基于所述组合向量场，计算对应的所述无人机的期望飞行航迹角和所述飞行航迹角的变化率；/nA4，基于所述组合向量场、所述无人机的期望飞行航迹角以及所述飞行航迹角的变化率，对所述无人机的速度方向进行控制，并结合所述步骤A1中所述无人机的速度的计算结果，对所述无人集群编队队形进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机集群编队控制方法，其特征在于，包括：
A1，设定无人机集群中领航者无人机的预设飞行速度，基于所述预设飞行速度，调整所述无人机集群中跟随者无人机的速度；
A2，基于所述无人集群中每架无人机的位置，构建组合向量场；
A3，基于所述组合向量场，计算对应的所述无人机的期望飞行航迹角和所述飞行航迹角的变化率；
A4，基于所述组合向量场、所述无人机的期望飞行航迹角以及所述飞行航迹角的变化率，对所述无人机的速度方向进行控制，并结合所述步骤A1中所述无人机的速度的计算结果，对所述无人集群编队队形进行控制。


2.根据权利要求1所述的无人机集群编队控制方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述预设飞行速度为v0，所述跟随者无人机的速度vn，满足：



其中，n(n＝2,3,…,N)为跟随无人机的编号，δv为速度调整范围，s＝±1用于决定无人机集群沿期望路径的飞行方向，Kc＞0为机间协同增益，anj为无人机n与无人机j在通信拓扑中的邻接关系，和分别为编号为n和编号为j的所述无人机对应的时钟角，δnj为编号为n和编号为j的所述无人机的期望角距。


3.根据权利要求1所述的无人机集群编队控制方法，其特征在于，所述步骤A2中，在任意时刻tk，每架所述无人机所在的位置矢量为pn,k(xn,k,yn,k,zn,k)，速度矢量为vn,...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦杰，梁月乾，杨毅，张尚斌，李志飞，王向峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11