[发明专利]一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法

权利要求书

1.一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤1，依据下述公式建立无人机数学模型，获取无人机的运动方程。

假设固定翼无人机的飞行过程中无侧滑及高度变化，速度由加速度和航迹方位角及航迹倾斜角控制，考虑在地面坐标系下无人机质心的运动方程，运用欧拉积分法对固定翼无人机的运动方程离散近似为：

式中，γ，χ分别为加速度、航迹方位角和航迹倾斜角；x，y，h分别为飞机质心位置在地面坐标系中的投影坐标；a，γ′，x′分别为加速度，航迹倾斜角速度和航迹方位角速度，dt为采样周期；

取无人机i在k时刻的状态变量与控制变量为：X_i(k)＝[x_i(k) y_i(k) h_i(k) γ(k) γ_i(k) x_i(k)]和U_i(k)＝[a_i(k)χ′_i(k)γ′_i(k)]，此时无人机的运动方程即为：

X_i(k+1)＝f(X_i(k)，U_i(k)) (2)

步骤2：无人机小组组长起飞，无人机编队以起飞场地的跑道数为除数分成多个小组，使每个小组包含不大于跑道数的无人机数目；每个无人机小组分配一个组长，编队队长跟踪预设的圆形轨道，队长采用轨迹跟踪算法，逐渐向预设轨道移动并且最终跟随轨道；

步骤3：小组组员集结控制采用DMPC结构，依据QUATRE算法求解DMPC框架中的最优代价函数值，得到无人机起飞小组组员的集结控制量；

步骤4：依据步骤3得到的无人机起飞小组组员的集结控制量，无人机小组将在圆形轨道上完成对接，形成最终的无人机编队起飞集结队形。

2.如权利要求1所述的一种基于QUATRE算法的无人机编队起飞集结方法，其特征是：所述的步骤3小组组员集结控制采用DMPC结构的运动方程可以表示为：

其中DMPC框架中的无人机小组组员的整体代价即是组员数目架无人机的代价加权和：

3.如权利要求1所述的一种基于QUATRE算法的无人机编队起飞集结方法，其特征在于：轨迹跟踪算法具体如下：

①通过设定的圆轨迹参数以及无人机位置，求得无人机在圆形轨迹上的投影点q；

②偏移角度依据上述的投影点q和无人机位置在投影点q的偏移角度λ，求解得出此无人机在圆形轨迹上与投影点q偏移角度为λ的偏移采样点s；

③依据无人机方向速度与无人机到偏移采样点s求得无人机速度方向与无人机到偏移采样点s的夹角ψ，将ψ带入式(1)求得无人机下一刻的控制量u_i(k+1)：

u_i(k+1)＝[0，χ′(k+1)，0] (3)

④控制量u_i(k+1)为无人机下一步轨迹跟踪控制量。

4.如权利要求1所述的一种基于QUATRE算法的无人机编队起飞集结方法，其特征在于：所述步骤3中DMPC结构下的小组组员行为可以由每架UAV来联合描述，整个的小组组员运动方程可以表示为：

式中，为无人机编队在k时刻的状态向量和控制向量。在控制输入量已知时(即……和给定时)，时刻k＝n*dt的编队状态可以根据式(5)递推出；

编队中各个无人机是相对独立进行控制，无人机编队的整体代价即是组员数目架无人机的代价加权和：

5.如权利要求2所述的一种基于QUATRE算法的无人机编队起飞集结方法，其特征在于：组员数目架无人机的代价加权和包括：集结队形代价函数、队内避免碰撞代价函数和整体性代价函数。