[发明专利]一种基于滚动窗口的无人机自动避撞方法

摘要

本发明公开了一种基于滚动窗口的无人机自动避撞方法，属于无人机避撞领域。本发明首先确定滚动时间窗口，在初始时间窗口开始时采集飞行状态信息，根据无人机的飞行信息进行碰撞检测，利用二分法和遗传算法进行避撞时间的估计，建立以避撞机滚转时间、避撞过程总路径、避撞机导引指令为指标的目标函数。本发明采用滚动时间窗口优化策略，在时间窗口初始时通过遗传算法对目标函数寻优求解最优导引指令，且在下一时间窗口开始时根据飞行状态信息的更新再次寻优，实现导引指令的滚动寻优。

主权项

1.一种基于滚动窗口的无人机自动避撞方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：设定滚动窗口的时间长度；设定滚动时间窗口的时间节点为t₀,t₁,t₂,...,t_i,...，则时间窗口长度为：避撞机以滚动窗口的形式对导引指令进行在线更新，设定每个时间窗口的初始计算时间为其中，t_ci为计算时间终止时间节点，且远远小于在每个时间窗口的计算时间内，把当前避撞机与障碍侵入机的信息作为输入，进行避撞时间估计，对导引指令寻优，并应用于当前时间窗口和下一个时间窗口的计算阶段；随着时间窗口的滚动，通过飞行信息的不断更新，在滚动中实现导引指令优化与修正的结合；步骤2：基于二分法与遗传算法估计避撞时间T；避撞时间T包括T1和T2两部分；在每个滚动时间窗口初始计算时间内，首先进行无人机碰撞检测，当检测到两无人机将要发生碰撞时，进行避撞时间估计；避撞机避撞的过程由两个部分组成：第一部分使避撞机在寻优的导引指令引导下滚转以改变航向角，使两无人机的相对速度Vrel(t)追踪到碰撞锥的边界，这段时间称为T1；第二部分为避撞机不再滚转而进入平飞模式，沿着碰撞锥边界追踪避撞点的过程，这段时间称为T2；步骤3：通过遗传算法求解使得所建立目标函数取最小值的导引指令；建立包括飞行路径、避撞机滚转时间和导引指令指标的目标函数，利用遗传算法，在每个时间窗口的初始计算时间内根据机载传感器得到的飞行信息，对建立的目标函数寻优求解最小值J，则J对应的导引指令值即为当前时间窗口的最优导引指令，并应用于当前时间窗口和下一个时间窗口的计算阶段，直到下一个时间窗口计算结束；步骤4：时间窗口滚动判断；在每个滚动窗口结束时，判断避撞是否完成；若：判断结果是避撞未完成，则返回步骤2进行下一个时间窗口的计算，实现导引指令滚动寻优；或判断结果是避撞完成，即避撞机在当前时间窗口内已到达避撞点，则避撞机进入正常飞行模式并飞向目标点，时间窗口停止。