一种无人机集群能量一致性保持方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机集群在长距离飞行过程中保持各成员能量一致性的方法。本发明专利技术考虑无人机集群编队飞行时的涡流冲浪现象对成员能量消耗的影响，在预设的集群编队队形上规划出成员机的期望位置与每个位置的优先级。无人机集群成员在飞行过程中保持更新其他成员的能量信息，计算集群平均成员剩余能量。设立低能量差异百分比阈值，当某成员机剩余能量与集群平均成员剩余能量差异超过阈值时，发出位置交换请求信息，其余各剩余能量高于集群平均成员剩余能量的成员及反馈状态信息，请求信息发布者对反馈信息进行评估，基于反馈者的距离和剩余电量选取中标者。设置不同高度的位置交换转移轨迹，若当前有多架飞机同时进行位置转移，则基于每架飞机的优先级配备转移轨迹高度。请求信息发布者和反馈者相互确认后，沿转移轨迹各自交换到对方的位置。移轨迹各自交换到对方的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机集群能量一致性保持方法


[0001]本专利技术涉及无人机集群控制的
，更具体地，涉及一种无人机集群能量一致性保持方法。

技术介绍

[0002]随着无人机技术的发展，多无人机协同成为无人机系统控制的热门前沿领域，无人机集群的编队飞行是无人机协同的关键模式之一。通过编队飞行，无人机可以获得更大的视觉面积，增加气动效率与打击/ 搜索任务的成功率，提升系统鲁棒性。当无人机以编队飞行方式前往较远目的地执行任务时，由于不同成员机的性能参数差异以及飞行过程中受到的阻力和扰动不同，长距离飞行时成员机之间的能量消耗会有较大不同。单个成员机剩余能量过低会导致其任务无法正常执行，进而影响无人机集群系统整体功能。
[0003]基于仿生学相关研究成果，鸟类在进行编队飞行时，后方的鸟类受到前方鸟类产生涡流的上洗作用影响，体力消耗显著降低。鸟类在长距离迁徙时，通过队形变换，更换头鸟等手段，可以有效增加编队整体移动的航程。进一步研究表明，飞行器编队在飞行时也会产生类似的效果。风洞试验表明，用3％缩比的波音747作为长机，用普通战斗机模型作为僚机，测量到僚机的升阻比增大了50％。在兰利研究中心全尺寸风洞中开展的无尾三角翼飞机的编队飞行实验证明，僚机最大可获得25％的诱导阻力减小。美国空军2012 年在爱德华兹空军基地完成了C
‑
17运输机的
″
涡流冲浪”飞行测试结果表明，编队飞行可节省大量的燃料和成本。
[0004]通过编队飞行降低能耗的相关机理研究可知，无人机集群编队成员的能耗与其在编队中的相对位置密切相关，前方成员的在机翼产生的两个翼尖涡流中心距离大约为d＝πb/4，其中b为翼展距离，涡流向机翼后方的稳定延伸范围一般在10倍翼展长范围内的近场尾涡延伸区，后方成员为了更好地利用前机的翼尖涡流，需要与前机的机翼在横向方向保持11％的重叠。利用这一现象，可以基于成员机的剩余能量分布动态调整成员机相对位置，从而实现无人机集群能量一致性保持。

技术实现思路

[0005]针对无人机集群以编队飞行方式前往较远目的地执行任务时，由于不同成员机的性能参数差异以及飞行过程中受到的阻力和扰动不同，导致不同成员间能量消耗差异问题，本专利技术提出了一种利用前机的翼尖涡流并动态调整成员机相对位置实现无人机集群能量一致性保持的方法，该方法的具体技术方案如下：
[0006]S1：基于翼尖涡流中心距离与近场尾涡延伸区范围，规划出编队的形状，成员在编队结构上的期望位置以及每个期望位置的优先级。集群成员剩余电流越高，期望位置越靠近编队前端，期望位置的优先级越低。
[0007]S2：建立集群成员平均剩余能量估计方法，在飞行过程中实时更新编队其他成员的能量信息，计算集群平均成员剩余能量。
[0008]S3：设立低能量差异百分比阈值，当成员机剩余能量与集群平均成员剩余能量差异超过阈值时，发出位置交换请求信息。
[0009]S4：设计位置交换确认机制，各剩余能量高于集群平均成员剩余能量的成员在收到位置交换请求后，反馈当前状态信息。位置交换请求信息发布者对反馈回的信息进行评估，基于反馈者的距离和剩余电量选取位置交换对象，并向选定的对象发送位置交换确认请求。
[0010]S5：设计位置交换确认反馈机制，成员机收到位置交换确认请求后，向位置交换确认请求发送者反馈确认信息，若同时收到多个成员的位置交换确认请求，则基于请求发送者的状态选取其中一个发送者反馈确认信息，向其余发送者反馈拒绝信息。
[0011]S6：位置交换请求信息发送者收到反馈拒绝信息后，基于反馈状态信息重新选择成员机发送位置交换确认请求。
[0012]S7：设计位置转移轨迹，位置交换确认信息发送者收到反馈确认信息后，与反馈者独立沿位置交换轨迹相对编队整体进行移动，各自转移到对方的位置，若检测到当前有多个成员同时进行位置转移，则基于初始成员优先级设置高度偏置，各转移成员沿不同高度移动
附图说明
[0013]图1是本实施例提供的一种无人机集群能量一致性保持方法的实现流程示意图。
[0014]图2是本实施例提供的预规划编队队形示意图。
[0015]图3是本实施例提供的位置转移轨迹示意图。
具体实施方式
[0016]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0017]在本专利技术实施例中，提出了一种无人机集群能量一致性保持方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
[0018]如图2所示，在基于翼尖涡流中心距离与近场尾涡延伸区范围，规划出金子塔型编队。每行编队成员数量从前往后依次增加，除最前端成员外，其余成员都在前方成员的翼尖涡流范围内。编队位置优先级按照从前向后，从左向右的顺序依次增加。
[0019]为各成员分配初始优先级，使其基于位置优先级形成初始编队。
[0020]各成员以1HZ频率广播自己的剩余电量E
s
，同时基于公式计算集群成员的平均剩余能量，其中N为成员总数。
[0021]设立低能量差异百分比阈值为σ，当本机低能量差异时，周期广播位置交换请求信息。
[0022]各剩余能量高于集群平均成员剩余能量的成员在收到位置交换请求后，反馈当前状态信息。位置交换请求信息发布者基于代价公式(1)按照cost从低到高的顺序对所有状态信息反馈者信息排序，并向排序最高反馈者发送位置交换确认请求。
[0023][0024]其中Er＝E
i
‑
E
s
为反馈者和发布者之间的能量差，Dr为反馈者和发布者之间的的距离，ω1，ω2为权重参数。
[0025]成员机收到位置交换确认请求后，向位置交换确认请求发送者反馈确认信息，若同时收到多个成员的位置交换确认请求，则基于代价公式(1)选取请求发布者反馈确认信息，向其余请求发布者反馈拒绝信息。
[0026]位置交换请求信息发布者收到反馈拒绝信息后，基于排序重新选择反馈者发送位置交换确认请求。
[0027]确认信息发布者与反馈者各自确认交换信息后，发布者和反馈者分别沿如图所示的上行和下行轨迹进行位置交换。
[0028]若当前有多个成员同时进行位置转移，则基于初始成员优先级p，分层高度差h
d
，设置高度偏置 h
c
＝ph
d
，各成员沿不同高度进行位置移动。
[0029]以上仅为本专利技术的较佳实施例，但并不限制本专利技术的专利范围，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本专利技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的
，均同理在本专利技术专利保护范围之内。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机集群能量一致性保持方法，其特征在于，所述方法包括步骤：步骤一：规划编队队形，基于翼尖涡流中心距离与近场尾涡延伸区范围，规划出编队的形状，成员在编队结构上的期望位置以及每个期望位置的优先级。步骤二：建立集群成员平均剩余能量估计方法，在飞行过程中实时更新编队其他成员的能量信息，计算集群平均成员剩余能量。步骤三：设立低能量差异百分比阈值，当成员机剩余能量与集群平均成员剩余能量差异超过阈值时，发出位置交换请求信息。步骤四：位置交换确认，各剩余能量高于集群平均成员剩余能量的成员在收到位置交换请求后，反馈当前状态信息。位置交换请求信息发布者对反馈回的信息进行评估，基于反馈者的距离和剩余电量选取位置交换对象，并向选定的对象发送位置交换确认请求。步骤五：位置交换确认反馈，成员机收到位置交换确认请求后，向位置交换确认请求发送者反馈确认信息，若同时收到多个成员的位置交换确认请求，则基于请求发送者的状态选取其中一个发送者反馈确认信息，向其余发送者反馈拒绝信息。步骤六：位置交换请求信息发送者收到反馈拒绝信息后，基于反馈状态信息重新选择成员机发送位置交换确认请求。步骤七：基于位置转移轨迹进行位置交换，位置交换确认信息发送者收到反馈确认信息后，与反馈者独立沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠兴龙，
申请(专利权)人：北京泊松技术有限公司，
类型：发明
国别省市：