基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法、存储介质及设备技术

基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法、存储介质及设备，属于多无人机轨迹规划领域。为了解决目前的多无人机轨迹规划或者控制方法不能很好的满足多无人机同步到达的问题。本发明专利技术基于架无人机的运动学模型和轨迹角和控制变量遵守约束构建多无人机同步到达问题的模型，并对同步到达问题进行离散化，然后基于无人机的初始位置、初始姿态、目标位置、目标姿态，轨迹角的上、下界，轨迹角的控制变量的上、下界，航向角的控制变量的上界，以及距离步长，经过同步到达规划方法得到同步轨迹并基于同伦法对无人机的轨迹进行具体规划。本发明专利技术主要用于多无人机的同步到达轨迹规划。要用于多无人机的同步到达轨迹规划。要用于多无人机的同步到达轨迹规划。

【技术实现步骤摘要】
基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法、存储介质及设备


[0001]本专利技术涉及多无人机同步到达轨迹规划方法，属于多无人机轨迹规划领域。

技术介绍

[0002]单无人机能力有限，往往不足以处理真实场景中的各项任务，对此可以利用多无人机系统改进。多无人机系统的效率取决于无人机协同执行各种动作时的动态性能和精度。目前针对多无人机协同行动的控制已经有了许多研究，如监视、包围、交会等。在具有各种复杂任务的大规模场景中，协同行动需要涵盖跨越多个时间点的行动。例如，无人机群在接近目标时应该保持同步，即在接近目标的过程中，所有无人机与相应目标之间的距离保持相等。然而，在大规模场景中，无人机之间难以保证实时、稳定的通信，协同控制性也将受到限制。因此，需要提前规划多无人机同步到达的轨迹。
[0003]多无人机轨迹规划算法已经有了深入的研究。无人机的运动学模型是轨迹规划算法的基础。曲率有界轨迹模型作为运动学模型被普遍运用在多无人机轨迹规划上。曲率有界轨迹模型使用曲率有界的曲线来描述无人机的轨迹，无人机的轨迹则由曲线的几何结构决定。<br/>[0004]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法，其特征在于，针对包含N架异构无人机的场景，首先对N架无人机进行同步达到规划，规划的过程包括以下步骤：多无人机同步到达问题会为每架无人机分配一个目标；对于无人机n，其初始位置表示为(x
on
,y
on
,z
on
)＝P
on
；其初始姿态表示为目标的位置表示为(x
tn
,y
tn
,z
tn
)＝P
tn
；目标的姿态表示为多无人机同步到达问题的模型如下：多无人机同步到达问题的模型如下：多无人机同步到达问题的模型如下：d
n
(t)＝‖p
n
(t)
‑
P
tn
‖,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)d
max
＝max{{d
n
(t)}
t≥0
}
n＝1,...,N
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中d表示无人机与对应目标之间的距离；TOA
dn
是到达目标的时间；p
n
(TOA
dn
)＝P
tn
,
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)P(n),n＝1,...,N是从初始位置P
on
以初始姿态开始的所有可航行的轨迹集合；P(1)
×
...
×
P(N)是笛卡尔积；假设1.无人机的运动基于轨迹规划；当忽略轨迹跟踪中的偏差时，无人机的运动学模型由以下微分方程表示：其中p
pn
表示无人机n的规划轨迹；p
pn
(t)表示无人机n在时刻t时的规划位置；假设2.将问题(3)离散化后与问题(4)合并，即其中d0,d1,...,d
K
表示从无人机到目标的控制距离；基于无人机的初始位置、初始姿态、目标位置、目标姿态，轨迹角的上、下界，轨迹角的控制变量的上、下界，航向角的控制变量的上界，以及距离步长，经过同步到达规划方法得到同步轨迹并基于同伦法对无人机的轨迹进行具体规划。2.根据权利要求1基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法，其特征在于，无人机的运动学模型如下：
其中(x
n
(t),y
n
(t),z
n
(t))＝p
n
(t)代表无人机n的位置坐标；v
n
(t)代表t时刻的航行速度；代表无人机n的航向角；θ
n
(t)代表无人机n的轨迹角；和u
nθ
分别代表航向角和轨迹角θ
n
(t)的控制变量。3.根据权利要求2基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法，其特征在于，无人机的轨迹角和控制变量遵守约束条件如下：θ
minn
和θ
maxn
代表无人机n的轨迹角的上下界；u
θminn
和u
θmaxn
代表无人机n的轨迹角控制变量u
nθ
的上下界；代表无人机n的航向角控制变量的上界。4.根据权利要求1、2或3基于同伦法的多无人机同步到达轨迹规划方法，其特征在于，基于同伦法对无人机的轨迹进行具体规划的过程包括以下步骤：步骤1：构造局部同伦结构：其中A,θ
A
和B,θ
B
是初始状态和结束状态，对应初始位置、初始航向角、初始轨迹角和结束位置、结束航向角、结束轨迹角；u是控制变量，p是一条有特定初始状态和结束状态的可航行的轨迹；基于回转
‑
直线飞行模型构造轨迹同伦：规划的轨迹由有限数量的弧线/直线段描述；直线段表示无人机沿直线前进，弧线段表示无人机转弯；左转时弧线段的曲率为正；右转时弧线段的曲率为负；曲率必须小于上界：其中代表无人机n的航向角控制变量的上界；令速度为常数，即v
n
(t)＝V
n
，设A1、A2分别为弧线/直线段的起点和终点；和分别为起点和终点的切线向量；κ和γ分别为线段的曲率和转角，τ为通过线段的航行时间，且γ＝V
n
κτ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
得到如下的转换：其中：其中：式中，s和q分别是表示无人机高度和轨迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚蔚然，田昊宇，吴立刚，王淼，周芮，齐乃明，孙光辉，刘健行，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：