[发明专利]基于施瓦尔兹不等式的飞行器避障方法

说明书

本发明提出了一种基于施瓦尔兹不等式的飞行器避障方法，具体步骤为：建立包含飞行器与障碍物在内的纵平面避障坐标系，确定纵平面避障坐标系下飞行器与障碍物坐标；确定飞行器与障碍物相对距离以及避障剩余飞行时间；按照飞行器执行机构的响应频率实时解算法向过载指令，飞行器执行机构根据法向过载指令工作，直至避障成功。本发明需感知的外界信息少：避障过程种飞行器只需获取障碍物相对位置坐标信息即可。

技术领域

本发明属于飞行器避障技术，具体为一种基于施瓦尔兹不等式的飞行器避障方法。

背景技术

飞行器在起飞下降或者低空飞行时，可能会遇见障碍物，如高楼、大山等静止障碍物，在这种飞行工况下需避开障碍物才能顺利完成飞行任务。目前避障方法有图像导航算法、人工势场算法、障碍图算法等，但是这些算法计算量相对较大，而飞行器上计算机计算能力有限，需地面计算好相关信号后，通过有线或无线的方式上传给飞行器。因此这些避障算法应用于计算能力小的飞行器上无法实现自主避开障碍物。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于施瓦尔兹不等式的飞行器避障方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于施瓦尔兹不等式的飞行器避障方法，具体步骤为：

建立包含飞行器与障碍物在内的纵平面避障坐标系，确定纵平面避障坐标系下飞行器与障碍物坐标；

确定飞行器与障碍物相对距离以及避障剩余飞行时间；

按照飞行器执行机构的响应频率实时解算法向过载指令，飞行器执行机构根据法向过载指令工作，直至避障成功。

优选地，确定飞行器与障碍物相对距离的具体公式为：

式中，(X_M，Y_M)为飞行器坐标，(X_A,Y_A)为障碍物坐标，r为飞行器与障碍物的相对距离。

优选地，确定避障剩余飞行时间的具体公式为：

式中，r为飞行器与障碍物的相对距离，V_M为飞行器速度；t_go为避障剩余飞行时间。

优选地，解算法向过载指令的具体公式为：

式中，a_M表示法向加速度，V_M为飞行器速度，R为设置的避障安全距离阈值，θ_M为飞行器在避障坐标系下速度方向与X轴的夹角，法向为飞行器速度方向的垂直方向。

优选地，飞行器法向过载指令计算公式的确定方法为：

建立飞行器与障碍物的线性状态方程，

式中，F、B为状态方程参数矩阵，X为状态变量，分别具体为：

计算状态转移矩阵ψ(t_f-t)，计算公式为：

式中，t_f为终端避障时刻，t为飞行器当前时刻，s为复变量，I为2×2单位矩阵；

计算状态变量在终端时刻的表达式：

式中，

确定在终端时刻状态变量应该满足的条件为，