[发明专利]一种基于测距信号的固定翼无人机编队跟踪制导方法

权利要求书

1.一种基于测距信号的固定翼无人机编队跟踪制导方法，其特征在于，包括步骤：

(1)获取无人机和地面目标的航向信息，根据获取的信息数据构建无人机定距跟踪地面目标的二维运动学模型：

其中，为无人机i与地面目标间的相对距离变化率；v_i为无人机i的速度；χ_i为无人机i的视线角，即无人机i速度方向与无人机和目标间连线的夹角；为χ_i的角变化率；ω_i无人机i的角速度；ρ_i为无人机i与地面目标间的相对距离；

(2)根据无人机定距跟踪地面目标的二维运动学模型，建立定距跟踪地面静止目标的单无人机制导模型和无人机编队制导模型；其中，

定距跟踪地面静止目标的单无人机制导模型为：

式中，表示无人机i的航向跟踪制导律输出，表示单无人机制导增益，ρ_d表示稳定定距跟踪时无人机与目标间距离；

定距跟踪地面静止目标的无人机编队制导模型包括：

无人机编队单邻居相位控制制导模型：

其中，表示无人机i的编队航向制导律输出，表示编队航向制导增益，r_i,i-1表示无人机i与其相邻无人机i-1之间的距离，N表示无人机编队中的无人机总数；

无人机编队单邻居速度控制制导模型：

其中，k_v表示编队速度制导增益；

无人机编队双邻居相位控制制导模型：

无人机编队双邻居速度控制制导模型：

其中，表示无人机i的编队速度控制制导律输出；

(3)当单架无人机定距跟踪地面静止目标时，选取单无人机制导模型作为无人机制导策略；

(4)当无人机编队定距跟踪地面静止目标时，根据无人机前、后、左、右四个探测雷达所探测到的无人机数量，选择各无人机制导策略，包括步骤：

(4-1)定义：若无人机i前方或右方探测雷达探测到的无人机数量非空，则r_i,i-1≠0，否则，r_i,i-1＝0；若无人机i后方或左方雷达探测到的无人机数量非空，则r_i,i+1≠0，否则，r_i,i+1＝0；

(4-2)若r_i,i-1≠0且r_i,i+1＝0，则采用无人机编队单邻居相位控制制导模型和无人机编队单邻居速度控制制导模型作为各无人机制导策略；若r_i,i-1≠0且r_i,i+1≠0，则采用无人机编队双邻居相位控制制导模型和无人机编队双邻居速度控制制导模型作为各无人机制导策略；若不满足r_i,i-1≠0且r_i,i+1＝0或r_i,i-1≠0且r_i,i+1≠0，则不采用无人机编队跟踪制导方法。

2.根据权利要求1所述的一种基于测距信号的固定翼无人机编队跟踪制导方法，其特征在于，所述无人机的航向信息包括：无人机的位置[x_i,y_i]^T和无人机航向角ψ_u；

所述地面目标的航向信息包括：地面目标的位置[x_t,y_t]^T和地面目标航向角ψ_t。

3.根据权利要求1所述的一种基于测距信号的固定翼无人机编队跟踪制导方法，其特征在于，还包括采用双曲正切函数限制各个制导模型输出，其中，

经过双曲正切函数限幅后的定距跟踪地面静止目标的单无人机制导模型为：

经过双曲正切函数限幅后的无人机编队单邻居相位控制制导模型为：

经过双曲正切函数限幅后的无人机编队单邻居速度控制制导模型为：

经过双曲正切函数限幅后的无人机编队双邻居相位控制制导模型为：

经过双曲正切函数限幅后的无人机编队双邻居速度控制制导模型为：

式中，是无人机的最大偏航角速率，它与无人机的最大横滚角φ_max有关，其关系为：

Δv_max为无人机的最大速率变化允许值，v_max和v_stall分别为固定翼无人机的最大速度和标称速度，且v_i-1+Δv_max≤v_max且v_i-1-Δv_max≥v_stall。