[发明专利]一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法

权利要求书

1.一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法，其特征在于，采用异构角色无人机控制器控制集群无人机跟踪目标，所述异构角色无人机控制器包括航向角控制器和速度控制器，所述方法包括如下步骤：

S1，通过无人机间位置关系划分无人机异构角色：集群无人机协同进行目标跟踪任务，其中的某架无人机首先发现目标，将该架无人机进行角色命名，根据当前被角色命名的无人机与其临近无人机的位置关系，对其临近无人机进行命名，直至所有的无人机都被角色命名；

S2，建立集群无人机协同目标跟踪效果衡量指标：根据目标一定时间内能够到达区域与集群无人机当前探测范围覆盖的比例，衡量跟踪的效果；

S3，建立时空协调的异构角色无人机控制器：航向角控制器根据目标运动状况改变集群无人机目标跟踪队形，拓展集群无人机的摄像头探测区域，优化S2中的跟踪效果衡量指标；

速度控制器引导无人机前往导航向量场上围绕目标的固定点，以使集群无人机能够形成对目标的跟踪队形；

S4，输出时空协调的集群无人机协同目标跟踪控制结果：根据S1-S3的输出结果，实现时空协调的集群无人机协同目标跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法，其特征在于，所述无人机的个数选取六个，所述S1的步骤，具体包括：

S101：某个无人机首次发现目标，其角色命名为α并将此信息向通信范围内所有无人机传输，其他5架无人机收到此信息并向α无人机传输自身位置向量，α计算5架无人机相对于自身位置，以α朝向目标的方向为正方向，α指派位剩余5架无人机中最左侧的一架无人机成为β_l，指派剩余4架无人机中最右侧的一架无人机成为β_r，并向通信范围内所有无人机传输；

S102：β_l指派当前无角色的，且位于剩余3架无人机中最左侧的一架无人机成为γ_l，并向通信范围内所有无人机传输；

S103：β_r指派当前无角色的，且位于剩余2架无人机中最右侧的一架无人机成为γ_r，并向通信范围内所有无人机传输；

S104：β_r指派为当前无角色的一架无人机成为γ_m，并向通信范围内所有无人机传输。

3.根据权利要求2所述的一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法，其特征在于，所述S2的步骤，具体包括：

S201：计算时间t内目标的逃逸区域；

S202：计算集群无人机时间t内的摄像头真实探测范围，根据计算出的逃逸区域获得跟踪效果衡量指标。

4.根据权利要求3所述的一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法，其特征在于，所述S201的步骤，具体包括：

S2011，将目标时间t内的运动简化为两种情况：

其中，a为目标加速度，ω为目标角速度，下角标max代表最大值，情况①表示加速度为加速度范围内任意正常数，角速度为角速度范围内任意常数、情况②表示加速度为加速度范围内任意负常数，角速度为角速度范围内任意常数；

S2012，时间t之后，目标到达位置为下述公式：

其中，v₀为目标线速度、θ₀为目标偏航角、t₀为初始时刻、t为预测时间、p(t₀)＝[x₀,y₀]^T为目标初始位置、目标所有可能到达位置的并集即为目标的逃逸区域S(t)_e。

5.根据权利要求3所述的一种视场角约束下集群无人机协同目标跟踪控制方法，其特征在于，所述S202的步骤，具体包括：

计算集群无人机协同目标跟踪效果衡量指标为下述公式：

其中，S(t)_e为时间t内目标的逃逸区域、S(i)为前时刻无人机i摄像头的真实探测范围、Area(S)为求取一个二维封闭区域S的面积。