[发明专利]一种无人机时变编队的跟踪方法及系统

说明书

本发明公开一种无人机时变编队的跟踪方法及系统。所述跟踪方法包括：获取无人机编队的通讯拓扑关系；获取当前时刻被跟随无人机的速度数据和位置数据；获取当前时刻跟随无人机的速度数据和位置数据；获取无人机编队的通讯距离阈值和安全距离阈值；根据当前时刻被跟随无人机的位置数据、跟随无人机的位置数据以及通讯距离阈值、安全距离阈值，确定被跟随无人机和跟随无人机之间的引力和斥力；确定下一时刻跟随无人机的加速度数据；根据下一时刻跟随无人机的加速度数据调整跟随无人机下一时刻跟踪被跟随无人机的运动状态。采用本发明的跟踪方法及系统，实现防碰撞和连通性保持的编队跟踪效果。

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，特别是涉及一种无人机时变编队的跟踪方法及系统。

背景技术

多智能体系统的编队控制是目前控制领域的热点，并且在科研与工程领域得到了广泛的应用。有人机-无人机混合编队协同作战能够充分发挥各种机型的优点，有人机指挥，无人机作战，极大的降低了作战成本；航天器编队协同探测，一方面能够增大形成的衍射雷达口径，另一方面相对于发射大型望远镜/雷达，降低了发射成本；水面航母舰艇编队协同作战，有助于提高对敌方反舰导弹的突防概率。目前，基于一致性的编队控制方法具有较大的优点，它具有分布式控制的特点，能够降低通信压力，具有较好的可扩展性、鲁棒性、自适应性。

无人机作为一类典型的实际物理系统，往往受到外部扰动的影响，比如未知气流干扰、模型扰动等。在进行编队控制的过程中，处理系统的外部干扰对多无人机系统的稳定性以及编队控制精度将会是未来编队控制领域的重点。此外，随着无人机数量的增加，另外一个需要重点解决的问题是防碰撞与连通性保持。无人机之间需要保持合理的距离，一方面需要物理安全，也就是保持安全距离不发生碰撞，另一方面需要通信安全，也就是距离在一个合理通信范围之内。

现有的编队控制方案大多只能解决时不变编队跟踪的防碰撞问题。而实际任务往往是变化的，因此也要求编队是一个时变的。时变编队跟踪控制问题将会带来编队函数的导数信息，使得控制方案的分析与设计更加复杂。对于无人机时变编队，在形成编队、编队形成后以及编队切换过程中可能出现无人机碰撞以及通信距离超出可行范围的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机时变编队的跟踪方法及系统，以克服无人机时变编队、在形成编队、编队形成后以及编队切换过程中可能出现无人机碰撞以及通信距离超出可行范围的问题，实现防碰撞和连通性保持的编队跟踪效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人机时变编队的跟踪方法，所述跟踪方法包括：

获取无人机编队的通讯拓扑关系；所述无人机编队包括多架无人机；所述通讯拓关系中每一条通讯路径的两个节点分别为跟随无人机和被跟随无人机，且每个所述跟随无人机有且仅有一个被跟随无人机通过一条通讯路径连接；

获取当前时刻所述被跟随无人机的速度数据和位置数据；

获取当前时刻跟随无人机的速度数据和位置数据；

获取所述无人机编队的通讯距离阈值和安全距离阈值；

根据当前时刻所述被跟随无人机的位置数据、所述跟随无人机的位置数据以及所述通讯距离阈值、安全距离阈值，确定所述被跟随无人机和所述跟随无人机之间的引力和斥力；

根据所述被跟随无人机和所述跟随无人机之间的引力和斥力，确定下一时刻所述跟随无人机的加速度数据；

根据下一时刻所述跟随无人机的加速度数据调整所述跟随无人机下一时刻跟踪所述被跟随无人机的运动状态。

可选的，所述无人机编队包括一架领导者无人机，所述领导者无人机在飞行时仅作为被跟随无人机被多架跟随无人机跟踪。