[发明专利]基于改进速度障碍法的无人机冲突探测与冲突解脱方法

说明书

本发明公开了一种基于改进速度障碍法的无人机冲突探测与冲突解脱方法，其包括：步骤1、建立冲突探测模型；步骤2、根据冲突探测模型得出发生冲突和无冲突的条件；步骤3、无人机感知入侵机的位置和速度，根据发生冲突和无冲突的条件预测：当满足发生冲突的条件，重新选择无人机的速度，至步骤4；当满足无冲突的条件，无人机按原航迹飞行；步骤4、冲突解脱后，保持无人机冲突解脱时的速度大小不变，改变其方向，使之朝目标点飞行；本发明解决了速度障碍法在重新选择速度时的随意性和容易抖动，转换无人机最佳速度，提高了向目标点飞行速度，冲突解脱后不恢复原航迹缩短了路程，减少了机动次数，引入B样条曲线，避免无人机转弯角度过大。

技术领域

本发明涉及一种基于改进速度障碍法的无人机冲突探测与冲突解脱方法，其属于无人机避障技术领域。

背景技术

近年来，无人机发展迅猛，被广泛应用于各种任务，包括监视和侦察。无人机的数量不断增多，而空域资源有限，导致无人机发生冲突的概率越来越大，冲突给个人和社会带来了巨大的财产损失，所以冲突探测与解脱技术在执行任务过程中变得越来越重要。为了解决这一难题，涌现出很多的冲突解脱算法，用来避免不可预见的障碍物突然出现在其飞行路径，并且能够在短时间内从其预定的飞行路径中快速采取纠正路线，从而保证飞行过程的安全。

目前有几种用于无人机冲突解脱的方法，比如粒子群算法、遗传算法等，这些算法都是在预测冲突点已知的情况下，因此不具备实时性，不能用来避免不可预见的障碍物突然出现在其飞行路径。而速度障碍法是一种实时避障算法，能够用来避免不可预见的障碍物突然出现在其飞行路径，但是速度障碍法重新选择速度时具有随意性，所以根据互惠速度障碍法的基本原理来重新选择速度，同时也可以消除抖动问题。冲突解脱完成后，采取不恢复原航迹的策略，很多专家或者学者都会计算出航迹恢复点，使无人机按原航迹恢复，如图1所示，但这会造成机动次数增多和增加路径长度的问题。

根据图1可知，由于在无人机的飞行过程中并没有考虑角度的约束，造成无人机在解决无人机冲突解脱问题时，转弯角度很大。

发明内容

本发明所要解决的是提供了一种基于改进速度障碍法的无人机冲突探测与冲突解脱方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于改进速度障碍法的无人机冲突探测与冲突解脱方法，包括如下步骤：

步骤1、在速度障碍法的基础上建立冲突探测模型；

步骤2、根据冲突探测模型得出发生冲突的条件和无冲突的条件；

步骤3、无人机感知入侵机的位置和速度，根据发生冲突的条件和无冲突的条件进行预测：

当满足发生冲突的条件，即预测在未来一点时间内会发生冲突时，则根据互惠速度障碍法重新选择无人机的速度，并进入步骤4；

当满足无冲突的条件，即预测在未来一点时间内不会发生冲突时，则无人机按原航迹飞行；

步骤4、冲突解脱完成后，保持无人机冲突解脱时的速度大小不变，改变其方向，使无人机朝向目标点飞行。

进一步的，无人机在冲突解脱的过程中，引入B样条曲线生成实时的平滑路径。进一步的，所述步骤1中，在速度障碍法的基础上建立冲突探测模型的方法如下：1.1、建立全局坐标系XOY，无人机和入侵机分别以符号A和B代表，以无人机圆心所在位置为原点，建立局部坐标系X_aU_aY_a，同时在点U_a设立速度空间；