一种无人机群飞行的控制方法、装置制造方法及图纸

本申请公开了一种无人机群飞行的控制方法，该方法包括，获取当前被执行的任务所期望的无人机群飞行状态，其中，无人机群包括至少两个以上无人飞机，当所期望的无人机群飞行状态的变化大于设定的变化阈值时，则采用层群策略控制，当所期望的无人机群飞行状态的变化不大于所述变化阈值时，则采用等群策略控制；其中，飞行状态包括飞行速度、飞行方向、空间位置之一或其任意组合。本发明专利技术引入层群策略与等群策略，实现多无人机基于策略切换的群体飞行控制，使飞行自组网系统兼具灵活机动和平稳飞行的能力。的能力。的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机群飞行的控制方法、装置


[0001]本专利技术涉及无人机控制领域，特别地，涉及一种无人机群飞行的控制方法。

技术介绍

[0002]现有的无线组网研究中，主要有移动自组网(mobile ad hoc network,MANETs)、车载自组网(vehicular ad hoc network,VANETs)和飞行自组网(Flying ad hoc networks,FANET)等自组网系统，其中，
[0003]移动自组网和车载自组网主要利用节点的移动性来构建节点模型，从而设计通信网络并分析性能；
[0004]飞行自组网系统作为专为无人机组网设计的方案，除了无线自组网本身具有的多跳性、自组织性、无中心等固有特点，还具有节点高速移动、网络拓扑快速变化、组网节点稀疏和网络异构性等与无人机密切相关的一些特性，因此，现有移动自组网的分析设计方法无法直接应用于飞行自组网。
[0005]自然界的鸟类经过长久的演化，形成了一整套系统的、成熟的群体行为策略。由于无人机群协同飞行与鸟类群体飞行行为存在相似性，因此通过分析并借鉴鸟类群体飞行规律是实现无人机群协同飞行控制的一个可能方向。通过观察分析鸽群的运动行为，发现鸽群采用层群策略、或等群策略飞行。同时，对群体飞行进行研究，可以发现队形会对飞行的能量消耗产生一定的影响。基于上述结论，结合无人机与鸟类的相似性，将鸟类的群体飞行策略引入无人机群群体飞行控制具有可行性。
[0006]对于飞行自组网，目前仍没有成熟的、可行的理论体系与解决方案，无法有效的解决无人机高移动性带来的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种无人机群飞行的控制方法，以实现飞行自主网中无人机群的控制。
[0008]本专利技术提供的一种无人机群飞行的控制方法，是这样实现的：
[0009]获取当前被执行的任务所期望的无人机群飞行状态，其中，无人机群包括至少两个以上无人飞机，
[0010]当所期望的无人机群飞行状态的变化大于设定的变化阈值时，则采用层群策略控制，
[0011]当所期望的无人机群飞行状态的变化不大于所述变化阈值时，则采用等群策略控制；
[0012]其中，飞行状态包括飞行速度、飞行方向、空间位置之一或其任意组合。
[0013]较佳地，所述采用层群策略控制使得：
[0014]无人机群中用于领飞的第一无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第一无人机当前时刻的空间位置，与，该第一无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和，
[0015]无人机群中其余跟随第一无人飞机的任一第二无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第二无人机当前时刻的空间位置，与，该第二无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；
[0016]其中，时间间隔为下一时刻与当前时刻之间的时长。
[0017]较佳地，所述采用等群策略控制使得：
[0018]无人机群中任一无人机下一时刻的空间位置等于，该无人机当前时刻的空间位置，与，该无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；
[0019]其中，时间间隔为下一时刻与当前时刻之间的时长。
[0020]较佳地，所述当前时刻的飞行速度按照如下方式确定：
[0021]对于任一无人机的任一邻居无人机，
[0022]计算该邻居无人机当前时刻的上一时刻的空间位置与该邻居无人机期望相对空间位置之间的第一空间位置误差，
[0023]计算该无人机当前时刻的上一时刻的空间位置与该无人机期望相对空间位置之间的第二空间位置误差，
[0024]计算第一空间位置误差与第二空间位置误差之间的差值，得到该邻居无人机的第三空间位置误差；
[0025]累计该无人机的所有邻居无人机的第三空间位置误差，得到第一结果，
[0026]将期望飞行速度与时间间隔乘积的结果与第一结果相加，得到第二结果，作为该无人机当前时刻飞行速度。
[0027]较佳地，所述将期望飞行速度与时间间隔乘积的结果与第一结果相加，得到第二结果之后，进一步包括，
[0028]求取第二结果的饱和函数值，将该饱和函数值作为当前时刻飞行速度；
[0029]其中，
[0030]饱和函数值满足：
[0031]如果第二结果的范数大于最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值为最大飞行速度，
[0032]如果第二结果的范数小于等于负的最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值为负的最大飞行速度，
[0033]如果第二结果的范数大于负的最大飞行速度、且小于等于最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值等于该第二结果。
[0034]较佳地，所述累计该无人机的所有邻居无人机的第三空间位置误差，得到第一结果，包括，
[0035]将设定的系数与第三空间位置误差相乘，乘积的结果作为第一结果；
[0036]其中，所述系数为正实数，或者为该无人机的邻居无人机集合的大小的倒数。
[0037]较佳地，所述当前时刻的飞行速度按照如下方式确定：
[0038]对于任一无人机，
[0039]累计该无人机的所有邻居无人机上一时刻的飞行速度，得到第三结果，
[0040]计算第三结果的范数，得到第四结果，
[0041]计算第三结果与第四结果的比值，
[0042]将所述比值与期望飞行速度相乘，得到该无人机当前时刻的飞行速度。
[0043]本专利技术还提供一种无人机群飞行的控制装置，该装置包括，
[0044]期望飞行状态获取模块，用于获取当前被执行的任务所期望的无人机群飞行状态，其中，无人机群包括至少两个以上无人飞机，
[0045]控制模块，用于当所期望的无人机群飞行状态的变化大于设定的变化阈值时，则采用层群策略控制，当所期望的无人机群飞行状态的变化不大于所述变化阈值时，则采用等群策略控制；
[0046]其中，飞行状态包括飞行速度、飞行方向、空间位置之一或其任意组合。
[0047]较佳地，所述控制模块包括，
[0048]第一控制子模块，用于进行层群策略控制，使得：无人机群中用于领飞的第一无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第一无人机当前时刻的空间位置，与，该第一无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和，
[0049]无人机群中其余跟随第一无人飞机的任一第二无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第二无人机当前时刻的空间位置，与，该第二无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；
[0050]第二控制子模块，用于进行等群策略控制，使得：无人机群中任一无人机下一时刻的空间位置等于，该无人机当前时刻的空间位置，与，该无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；
[0051]其中，时间间隔为下一时刻与当前时刻之间的时长。
[0052]较佳地，所述当前时刻的飞行速度按照如下方式确定：
[0053]对于任一无人机的任一邻居无人机，
[0054]计算该邻居无人机当前时刻的上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机群飞行的控制方法，其特征在于，该方法包括，获取当前被执行的任务所期望的无人机群飞行状态，其中，无人机群包括至少两个以上无人飞机，当所期望的无人机群飞行状态的变化大于设定的变化阈值时，则采用层群策略控制，当所期望的无人机群飞行状态的变化不大于所述变化阈值时，则采用等群策略控制；其中，飞行状态包括飞行速度、飞行方向、空间位置之一或其任意组合。2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述采用层群策略控制使得：无人机群中用于领飞的第一无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第一无人机当前时刻的空间位置，与，该第一无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和，无人机群中其余跟随第一无人飞机的任一第二无人飞机下一时刻的空间位置等于，该第二无人机当前时刻的空间位置，与，该第二无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；其中，时间间隔为下一时刻与当前时刻之间的时长。3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述采用等群策略控制使得：无人机群中任一无人机下一时刻的空间位置等于，该无人机当前时刻的空间位置，与，该无人机当前时刻飞行速度与时间间隔的乘积结果之和；其中，时间间隔为下一时刻与当前时刻之间的时长。4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述当前时刻的飞行速度按照如下方式确定：对于任一无人机的任一邻居无人机，计算该邻居无人机当前时刻的上一时刻的空间位置与该邻居无人机期望相对空间位置之间的第一空间位置误差，计算该无人机当前时刻的上一时刻的空间位置与该无人机期望相对空间位置之间的第二空间位置误差，计算第一空间位置误差与第二空间位置误差之间的差值，得到该邻居无人机的第三空间位置误差；累计该无人机的所有邻居无人机的第三空间位置误差，得到第一结果，将期望飞行速度与时间间隔乘积的结果与第一结果相加，得到第二结果，作为该无人机当前时刻飞行速度。5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述将期望飞行速度与时间间隔乘积的结果与第一结果相加，得到第二结果之后，进一步包括，求取第二结果的饱和函数值，将该饱和函数值作为当前时刻飞行速度；其中，饱和函数值满足：如果第二结果的范数大于最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值为最大飞行速度，如果第二结果的范数小于等于负的最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值为负的最大飞行速度，如果第二结果的范数大于负的最大飞行速度、且小于等于最大飞行速度，则第二结果的饱和函数值等于该第二结果。
6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述累计该无人机的所有邻居无人机的第三空间位置误差，得到第一结果，包括，将设定的系数与第三空间位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱荣荣，赵天阳，漆渊，彭涛，王文博，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：