[发明专利]一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化方法

说明书

本发明涉及一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化方法，首先对无人飞行集群设定一个虚拟集群领导者和一个虚拟集群基准者，并对无人飞行集群进行分组，得到若干个无人飞行编队；各无人飞行编队均包括一个编队领导者和若干个编队跟随者；各无人飞行编队均设定一个虚拟编队基准者；再根据下一时刻的目标状态、当前时刻编队领导者的位置误差和速度误差，得到当前时刻编队领导者的控制律；并根据当前时刻编队跟随者的位置误差和速度误差，得到当前时刻编队跟随者的控制律。本发明实现了编队控制与目标轨迹跟踪的一体化设计，克服传统目标跟踪方法相位调整时间长的缺陷。

技术领域

本发明涉及无人飞行控制技术领域，特别是涉及一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化方法。

背景技术

近年来，无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,简称UAV)因其独特的优势被广泛应用于军事和民用领域。单架UAV因机载传感器的限制，难以执行复杂任务，而多UAV组成的编队兼具各架UAV的性能优势，显著提高了系统的容错率和效能，成为当前研究的热点。编队控制技术也随之取得了长足的发展，经典的编队控制方法包括领导-跟随法、虚拟结构法和基于行为法。其中，领导-跟随法受编队结构的约束，存在编队容错率较低的缺点；虚拟结构法描述的编队队形相对固定且计算量大；基于行为法难以用数学方法描述UAV的具体行为，不利于系统的稳定性分析。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化方法，实现编队控制与目标轨迹跟踪的一体化设计，克服传统目标跟踪方法相位调整时间长的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化方法，包括：

对无人飞行集群设定一个虚拟集群领导者和一个虚拟集群基准者；

对所述无人飞行集群进行分组，得到若干个无人飞行编队；各所述无人飞行编队均包括一个编队领导者和若干个编队跟随者；各所述无人飞行编队均设定一个虚拟编队基准者；

基于各所述虚拟编队基准者和各所述编队领导者的当前时刻的动力学模型，得到各所述无人飞行编队当前时刻的编队参数模型；

基于各所述编队参数模型得到当前时刻各所述编队领导者的误差；

基于下一时刻的目标状态生成下一时刻所述虚拟集群领导者的动力学模型；

基于当前时刻各所述编队领导者的动力学模型和误差、当前时刻各所述编队参数模型、下一时刻所述虚拟集群领导者的动力学模型和当前时刻所述虚拟集群基准者的动力学模型，得到当前时刻各所述编队领导者的控制律；

基于当前时刻各所述编队跟随者的动力学模型得到当前时刻各所述编队跟随者的误差；

基于当前时刻各所述编队跟随者的误差和动力学模型、各所述虚拟编队基准者的动力学模型和各所述编队领导者的控制律，得到当前时刻各所述编队跟随者的控制律。

优选地，各所述编队领导者只接收所述虚拟集群领导者和其他所述编队领导者传递的消息；各所述编队跟随者只接收所属无人飞行编队中的所述编队领导者和其他所述编队跟随者传递的消息。

优选地，所述基于下一时刻的目标状态生成下一时刻所述虚拟集群领导者的动力学模型，包括：

基于上一时刻和当前时刻的目标速度得到当前时刻的目标加速度；

基于当前时刻的目标速度和目标加速度得到下一时刻的目标速度；

基于当前时刻的目标位置和目标速度得到下一时刻的目标位置；所述目标状态包括目标速度和目标位置。

本发明还提供了一种无人飞行集群分组跟踪控制一体化系统，包括：