一种基于预设航迹点的无人机集群协同动态航迹规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于预设航迹点的无人机集群协同动态航迹规划方法，属于多无人机协同作战领域。完成在动态战场环境中从任务初始点到任务终止点的航迹多次动态规划。无人机仅仅需要按照规划结果在自身飞控系统的导引下保持匀速飞行到达期望航迹点即可达到时间协同收敛，不需要与飞控系统进行耦合获得实时位置姿态等飞行参数，按照本发明专利技术提出的方法进行协同航迹的设计，计算量小，计算耗时少，简单实用，利于在工程上实现。利于在工程上实现。利于在工程上实现。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预设航迹点的无人机集群协同动态航迹规划方法


[0001]本专利技术属于多无人机协同作战领域，涉及集群作战任务的协同航迹规划方法和集群动态航迹规划方法。

技术介绍

[0002]多无人机协同作战是一种体系和体系之间的对抗，基于“网络使能”的思想，通过无线网络体系共享战场信息组成作战集群，使其具备协同编队、协同侦察和协同打击等多种自主攻击能力。
[0003]航迹是无人机执行任务的基础，航迹规划的目的是在无人机燃料、飞行性能以及地理环境等条件下，考虑到机群飞行的机间安全距离，队形保持以及协同任务等多种约束条件，规划出一条最优或次优的无人机飞行航迹，尽可能地发挥无人机集群协同作战优势，完成预期作战任务。多无人机协同作战航迹规划是在最大程度地利用战场态势信息，在满足战场环境、任务协同约束、平台约束、协同性能约束等多种约束条件下，基于任务执行序列和集群数据链路规划出一条最优的指向任务目标的飞行航迹，实现飞行航迹之间的相互配合以获得更高的作战效能。
[0004]无人机集群的航迹规划算法有广义和狭义之分，广义的航迹规划算法是指对无人机整个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预设航迹点的无人机集群协同动态航迹规划方法，其特征在于步骤如下：步骤1：预规划航迹生成步骤1.1：不考虑时间协同约束的预规划航迹生成设无人机集群共有n
M
架无人机，无人机i的任务序列已知，在预规划任务序列中，从第一个任务开始遍历任务列表，无人机i前一任务的最后一个航迹点为后一任务的任务起始航迹点，任务M
j
航迹规划设计方式如下：对于任务M
j
，无人机i的初始位置为M
ij0
(x
ij0
，y
ij0
)，初始速度方向与北向的夹角为为α
ij0
，北偏东为正，无人机i的终端点坐标为M
ijt
(x
ijt
，y
ijt
)，终端任务角度为α
ijt
；首先根据初始速度方向角α
ij0
进行坐标系旋转，使得初始速度方向经旋转后沿着新坐标系得Y
’
轴正方向，新的坐标系OX
’
Y
’
看作将坐标系逆时针旋转
‑
α
ij0
得到，坐标转换关系为：坐标旋转后得无人机i的终端任务方向角为β
ijt
＝α
ijt
‑
α
ij0
，根据β
ijt
的大小分情况计算无人机i在不考虑时间约束下的航迹；步骤1.2：考虑时间协同约束的预规划航迹调整由航迹点之间的欧拉距离计算得出航迹长度，将航迹长度相加得到规划总航迹长度C
i
，根据无人机的速度V
i
，计算得到无人机i的不考虑时间约束下的航迹预估飞行时间为：由无人机的约束时间间隔Δt
i
根据下式计算得到无人机i的期望任务完成时间：t
i
＝t
emax
+Δt
i
计算无人机i的任务期望时间差t
igap
＝t
i
‑
t
ei
，采取航迹绕飞的方式完成期望时间差的补偿，根据β
ijt
角的大小，对航迹规划过程中的两种情况进行航迹调整描述；以上针对任务M
j
的每架无人机的任务坐标皆是在根据初始速度方向旋转后的坐标系OX
’
Y
’
下进行的规划，为了获得在初始坐标系下的无人机航迹规划结果，需要对每架无人机生成的航迹点根据下式进行坐标逆变换得到集群在OXY坐标系下的预规划航迹结果：遍历集群作战任务序列，生成无人机地面预规划航迹；步骤2：在无人机按预规划航迹点执行任务的过程中，当飞行器集群存在参数扰动、环境突变、任务变化或者突发故障时，要对集群进行航迹动态规划；动态规划时刻无人机正按照预规划航迹飞行，无人机的当前位置为P
local
，飞控锁定的预规划下一航路点为P
ijk
，其中i代表第i架无人机，j代表无人机i任务序列中的第j个任务，k代表任务M
j
中无人机i的第k个航迹点；根据无人机当前位置P
local
和锁定航迹点P
ijk
可以计算得到无人机i导引至P
ijk
点时无人机i的速度方向V
online
；步骤2.1：不考虑时间协同约束的动态规划航迹生成
无人机航迹动态规划方案采用与预规划一样的方案，首先在不考虑集群时间协同的前提下对每个弹分别进行动态航迹规划，再在求得规划结果的预估完成时间与期望完成时间之差进行航迹位置的调整，以满足无人机集群的时间协同作战要求，基于无人机当前位置和锁定航迹点的无人机动态航迹规划规则如下：根据无人机i导引至P
ijk
点时无人机i的速度方向V
online
建立规划局部坐标系OX
’
Y
’
，使无人机的速度方向V
online
沿着OY
’
轴正向，对无人机集群的新的任务信息和任务序列，采用与步骤1一致的规划方法，对新任务序列中任务M1’
，无人机i的初始位置为飞控锁定的航迹点P
ijk
，新任务序列中的任务M
j
’
，无人机i的初始位置为M
′
ij0
(x
′
ij0
，y
′
ij0
)，即为上一任务点航迹规划结果的最后一个航迹点，无人机i的终端点坐标为M
′
ijt
(x
′
ijt
，y
′
ijt
)，根据此信息等同于步骤1中的方法流程完成无人机集群的动态航迹规划：对新任务序列中的任务M
j
’
，坐标旋转后得无人机i的终端任务方向角为β
′
ijt
，根据β
′
ijt
的大小分情况计算无人机i在不考虑时间约束下的航迹；步骤2.2：考虑时间协同约束的动态规划航迹生成由航迹点之间的欧拉距离计算得出航迹长度，将航迹长度相加得到规划总航迹长度C
i
，根据无人机的速度V
i
，计算得到无人机i的不考虑时间约束下的航迹预估飞行时间为：由无人机的约束时间间隔Δt
i
根据下式计算得到无人机i的期望任务完成时间：t
i
＝t
emax
+Δt
i
计算无人机i的任务期望时间差t
igap
＝t
i
‑
t
ei
，采取航迹绕飞的方式完成期望时间差的补偿，根据β
′
ijt
角的大小，对航迹规划过程中的两种情况进行航迹调整描述；以上针对任务M
j
的每架无人机的任务坐标皆是在根据初始速度方向旋转后的坐标系OX
’
Y
’
下进行的规划，为了获得在初始坐标系下的无人机航迹规划结果，需要对每架无人机生成的航迹点根据下式进行坐标逆变换得到集群在OXY坐标系下的预规划航迹结果：遍历集群作战任务序列，生成无人机动态规划航迹；步骤3：遍历集群动态作战任务序列，通过步骤2对任务列表中的每个拆解后的任务完成动态航迹的生成。2.根据权利要求1所述基于预设航迹点的无人机集群协同动态航迹规划方法，其特征在于所述步骤1.1中根据β
ijt
的大小分情况计算无人机i在不考虑时间约束下的航迹，具体如下：(a)β
ijt
∈[
‑
90
°
，90
°
]：判断无人机i的预规划起始航迹点位置M
′
ij0
(P0
i
)与终端位置M
′
ijt
(Pt
i
)是否满足距离约束y
it
‑
y
i0
≥2
×
R
i
×
(2+cosβ)，β＝β
ijt
，若满足则根据下式计算得到规划过程中每段航迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孟阳，张栋，唐硕，泮斌峰，闫晓东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：