[发明专利]一种基于迭代空间映射的无人机在线协同空域冲突消解方法

说明书

本发明公开一种基于迭代空间映射的无人机在线协同空域冲突消解方法，步骤包括：S1.定义目标无人机的安全区域以及安全分离约束，并按照非线性规划模型构建多无人机冲突求解模型；S2.获取当前涉及冲突的无人机信息，并根据多无人机冲突求解模型求解出两两冲突无人机之间的非线性安全分离约束；S3.将非线性安全分离约束映射到正弦值空间，得到线性安全隔离约束；S4.对线性安全隔离约束进行冲突求解，使用基于空间映射的迭代搜索算法寻找初始可行解，对寻找到的初始可行解求解出局部最优解。本发明具有实现方法简单、计算复杂度低、执行效率高，能够兼顾计算效率以及冲突消解效果等优点。

技术领域

本发明涉及无人机协同控制技术领域，尤其涉及一种基于迭代空间映射的无人机在线协同空域冲突消解方法。

背景技术

无人机技术近年来发展迅速，在如交通监管、物流运输等各个领域有着巨大应用前景。在复杂空域环境下，无人机群实现其功能的首要问题是具有冲突检测和消解能力。冲突消解既要保证无人机之间在一段时间无碰撞风险，又要避免不必要的机动浪费。

针对于无人机冲突消解问题，目前通常是采用以下两种方法：

一种是轨迹优化方法，如基于遗传算法的方法、仿生无碰撞算法、集中式混合整数二次规划和混合整数线性规划方法。该种方法在离线无冲突路径规划中表现良好，但是计算时间会随着无人机数量的增加而呈指数增长。

另一种方法是反应法，通常需要反应式方法来响应环境模型中的意外事件或错误。反应式方法能有效地保持飞行器之间的距离，但是该种方法更多地考虑了无人机之间的安全隔离，而不考虑最小化无冲突成本。

在上述两种无人机冲突消解方法的基础上，有从业者提出几何制导算法，将反应式算法和优化规划方法有机地结合起来，以及使用四旋翼协同避碰算法，使得能有效地生成次优解，且异构飞行器之间的安全分离约束是非线性的，同时针对异构无人机冲突解决问题，将连续方向调整量区域分离为一组离散的机动角度，从而将安全分离约束线性化。但是上述方法难以同时兼顾计算效率和解的质量问题，即要达到一定的计算效率，可能就无法得到精确的解，要得到一定质量的解则需要大量的计算时间。为解决冲突消解中的计算效率问题，也有从业者提出基于空间映射的冲突消解方法，但是该类方法通常是直接采用最小调整向量来分担两个无人机各自承担的责任，会导致冗余走弯路，尤其是在高度拥堵的空域往往难以得到局部最优解。

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、计算复杂度低、执行效率高、冲突消解效果好的基于迭代空间映射的无人机在线协同空域冲突消解方法，能够兼顾计算效率以及冲突消解效果。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于迭代空间映射的无人机在线协同空域冲突消解方法，步骤包括：

S1.定义目标无人机的安全区域以及安全分离约束，并按照非线性规划模型构建多无人机冲突求解模型；

S2.获取当前涉及冲突的无人机信息，并根据所述多无人机冲突求解模型求解出两两冲突无人机之间的非线性安全分离约束；

S3.将所述非线性安全分离约束映射到正弦值空间，得到线性安全分离约束；

S4.对所述线性安全分离约束进行冲突求解，使用基于空间映射的迭代搜索算法寻找初始可行解，对寻找到的所述初始可行解求解出局部最优解。

进一步的，所述步骤S1中定义无人机Ai的安全区域为以P_i(t)＝(x_i(t),y_i(t))为圆心、r_i为半径的圆域，即为：