[发明专利]一种固定翼无人机集群的分层防撞控制方法

说明书

本发明公开一种固定翼无人机集群的分层防撞控制方法，步骤包括：S1.按照无人机与冲突对象之间的相对距离大小，将无人机的局部冲突空域划分为多个层次，构建得到局部分层冲突空域模型；S2.实时获取被控无人机的飞行状态信息、期望飞行状态信息以及当前局部空域内相邻无人机与环境障碍的运动状态信息，并判定无人机与局部空域内相邻无人机和环境障碍之间的相对状态关系，确定被控无人机当前对应的局部冲突空域层次，按照确定的局部冲突空域层次进行冲突检测；S3.根据被控无人机当前对应的局部冲突空域层次执行碰撞规避。本发明具有实现方法简单、能够综合规避相邻无人机以及环境障碍、且能够覆盖各类碰撞和危险场景、规避效果好等的优点。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，尤其涉及一种固定翼无人机集群的分层防撞控制方法。

背景技术

固定翼无人机(UAV)已广泛用于军事以及民用领域，其集群系统用于协同执行任务也成为趋势。对于无人机集群飞行，如何应对未知环境中的障碍威胁以及处理环境存在的不确定性成为无人机集群飞行的一大挑战。同时，随着集群规模的扩大，不可避免会发生多架无人机在有多个障碍物的密集空域执行任务的情况，很有可能出现无人机与无人机、无人机与环境障碍发生碰撞的情况，对集群系统的飞行安全造成了很大威胁。

现有技术中已存在一些关于固定翼无人机避障问题、冲突消解问题的研究，但是目前通常仅是关注单机的规避控制，即仅是针对单机实现规避碰撞，并且对于无人机的规避对象通常都没有明确的分类分析，对于复杂条件下的集群碰撞规避问题，尚缺乏针对小型固定翼无人机集群系统的系统性研究和解决方法。

综上，针对固定翼无人机的避障、冲突消解问题，目前主要存在以下问题：

1、现有技术中的单一防撞方法不能同时解决和避障和集群内个体之间的防撞问题；

2、现有技术中通常啊基于一类方法和模型来求解防撞控制律，缺乏对集群系统复杂碰撞冲突场景的整体建模和求解，不能很好的覆盖可能发生的各类碰撞和危险场景，实际规避效果不佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、能够综合规避相邻无人机以及环境障碍、且能够覆盖各类碰撞和危险场景、规避效果好的固定翼无人机集群的分层防撞控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种固定翼无人机集群的分层防撞控制方法，步骤包括：

S1.分层模型构建：按照无人机与冲突对象之间的相对距离大小，将无人机的局部冲突空域划分为多个层次，构建得到局部分层冲突空域模型；

S2.分层冲突检测：实时获取被控无人机的飞行状态信息、未来指定时长内的期望飞行状态信息以及当前局部空域内相邻无人机与环境障碍的运动状态信息，并判定无人机与局部空域内相邻无人机和环境障碍之间的相对状态关系，根据所述相对状态关系确定被控无人机当前对应的局部冲突空域层次，按照确定的所述局部冲突空域层次进行冲突检测；

S3.分层碰撞规避：根据被控无人机当前对应的所述局部冲突空域层次执行碰撞规避。

进一步的，所述步骤S1中局部冲突空域划分时，具体基于无人机的飞行速度、转弯半径、安全半径中任意一种或多种的约束条件，以及不同相对距离时产生冲突预警时间进行划分，构建得到所述局部分层冲突空域模型。

进一步的，所所述步骤S1中具体基于冲突预警时间τ与无人机和冲突对象之间的相对距离大小之间的关系，将所述局部冲突空域划分为外层、中层以及内层的三个层次，构建得到局部三层冲突空域模型，所述局部三层冲突空域模型具体为：

Ω_e＝{P_t|R_m＜|P_t-P|≤R_e}