[发明专利]一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法

说明书

本发明涉及一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法，采用模型预测控制模式结合长僚机模式实现无人机编队的飞行控制方法，将单架无人机在等待航线上起飞集结方法扩展成为多架无人机同时起飞集结方法。本发明采用多无人机同时起飞分组集结方式，该方法提高了起飞集结的速度，减少了无人机编队集结的时间和能耗。改进的QUATRE算法提高了算法的求解速度性能，为无人机编队实时性提供保障。

技术领域

本发明涉及无人机编队控制领域，特别是涉及一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法。

背景技术

随着无人机编队技术的飞速发展，多无人机编队执行任务成为目前无人机应用的主流。然而，在实际环境下，无人机编队在执行特定任务时，所必须要做的事是从起飞场地起飞集结。现在无人机编队的起飞方式基本属于一架或者两架无人机同时起飞并且直线飞行，直到编队中所有无人机全部起飞后，执行集结功能，将无人机编队集结到一个动态的区域。

文献《舰载无人机编队控制技术研究》和设计出了一种分时转弯田径圆的等待航线完成无人机编队起飞集结。上述论文存在每次起飞单个无人机，整个编队全部起飞的时间较长。

文献《Round Tracking and Improved Differential Evolution Solution forRapid Prototyping of UAV Formation》设计了一种基于圆形轨迹的快速起飞集结算法。该算法将飞机集结的航线由直线形转变为圆形，缩小了无人机编队的集结时间。但是每次起飞单架无人机，仍然存在着起飞耗时较长的问题。

上述两篇文献都采用等待航线缩小单次起飞导致无人机间的距离，但是由于编队无人机数量较多，起飞方式又是单架起飞，这两种方法所消耗的时间和编队能源较多。在当下的应用中需要一种多无人机同时起飞的快速集结方法，该方法可以减少编队执行任务前在起飞集结上的时间消耗以及能源消耗。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明的目的在于提供一种求解速度快、多无人机同时起飞的编队集结方法。

本发明的技术方案是：一种基于QUATRE算法的多无人机同时起飞集结方法，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)V(k)γ_i(k) _xi(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；