[发明专利]一种基于鸽子被动式避障飞行的无人机避障导引方法

摘要

本发明是一种基于鸽子被动式避障飞行的无人机避障导引方法，其实现步骤为：步骤一：初始化；步骤二：感知并检测障碍；步骤三：制定避障策略；步骤四：航向导引；步骤五：航向控制；步骤六：更新飞行状态；步骤七：判断是否结束仿真。该方法旨在提供一种在线的无人机避障导引方法，在提高无人机环境适应性的同时，降低无人机单机计算负载，从而有效提高复杂动态任务环境下的无人机自主能力水平。

主权项

一种基于鸽子被动式避障飞行的无人机避障导引方法，其特征在于：该方法的实现步骤如下：步骤一：初始化随机生成无人机在初始时刻的二维空间位置(X,Y)、飞行速度V、航向角ψ；随机生成二维空间内的n个圆形障碍，每个障碍的圆心坐标为(xi,yi)，半径均为r，其中i＝1,2,...,n为障碍的编号；设定仿真时间t＝1；步骤二：感知并检测障碍将无人机视为具有视场角限制θlim和感知距离限制Rlim的鸽子，其中0°＜θlim≤180°，Rlim＞0；鸽子可检测到位于有效感知区域内的障碍，鸽子的有效感知区域为一个扇形，该扇形的顶点为(X,Y)，半径为Rlim，圆心角为2θlim，顶点到弧线中点的方向与ψ一致；即当无人机与障碍i的距离Ri小于等于Rlim，且障碍i到无人机的连线与无人机航向间的夹角小于θlim时，无人机可检测到障碍i，其中步骤三：制定避障策略鸽子主要根据检测到的障碍间的缝隙制定避障策略；鸽子检测到的障碍间的缝隙可视为由无人机与障碍i间的距离Ri以及无人机航向角ψ与障碍角坐标θi间的差异来描述的量，鸽子的避障策略可视为下式所描述的无人机针对障碍i的避障角αi：αi=(ψ-θi)θlim|ψ-θi|RlimRi---(1)]]>其中步骤四：航向导引为保证飞行安全，鸽子会将自身的飞行方向对准最大缝隙；鸽子对准的最大缝隙角坐标可视为下式所描述的无人机期望航向角θaim：θaim＝∑(θi+αi)              (2)步骤五：航向控制无人机航向控制器可描述为：ψ·(t)=KPθe(t-τ)+KI∫0tθe(t-τ)dt+KDθ·e(t-τ)+KSψ·(t-τ)---(3)]]>其中航向误差θe＝ψ‑θaim，τ为视觉感知传感器时延，KP、KI和KD分别为无人机航向比例控制增益、积分控制增益以及微分控制增益，KS为惯性稳定控制增益；步骤六：更新飞行状态由航向角变化率更新无人机航向角ψ，并由下式更新无人机二维空间位置：X·=VcosψY·=Vsinψ---(4)]]>步骤七：判断是否结束仿真仿真时间t＝t+1；若t大于最大仿真运行时间Tmax，则仿真结束并绘制无人机避障飞行轨迹；否则，返回步骤二。