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申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

摘要：本申请涉及一种基于人工势场的固定翼无人机编队航迹规划方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：针对固定翼飞行器的运动特点，建立了单架固定翼无人机的运动学模型，接着基于人工势场方法，将势场函数改为来自目标的吸引信号和来自障碍物的排斥信号，提出了单架无人机在已知目标和障碍物条件下的单机路径规划算法。在此基础上，基于“长机—僚机”结构，首先根据队形要求和长机位置设置了僚机目标点，并将各无人机赋予障碍物的属性，实现了编队集结航迹规划。本发明在实现了单架无人机的路径规划的基础上，考虑了动态障碍物的处理措施，设置了编队成员之间的协同规则，最终实现了固定翼无人机的编队集结。

主权项：1.一种基于人工势场的固定翼无人机编队航迹规划方法，其特征在于，所述方法包括：根据固定翼无人机的运动学特性建立单架无人机的运动学模型；所述运动学模型中包括无人机惯性系下的位姿与载具系下的速度之间的关系，以及无人机载具系下的速度与加速度之间的关系；所述无人机载具系下的速度与加速度之间的关系中包括速度变化趋势矩阵；所述惯性系为相对地面静止的坐标系；所述载具系为相对无人机静止的坐标系；惯性系为相对地面静止的坐标系，记为Sfofxfyfzf:of地面任意点，ofxf为水平面任意方向，ofxfyf为水平面，ofzf为垂直地面指向天空，坐标系符合右手规则；固定翼无人机在惯性系中的几何方位状态矩阵P定义如下：P＝[xyzθψ]T1其中x，y，z为固定翼无人机在惯性系中的坐标位置；θ，ψ为固定翼无人机在惯性系中的姿态信息，θ为俯仰角，ψ为偏航角；载具系为相对于固定翼无人机静止的坐标系，用来描述固定翼无人机受到的引导信号以及速度信息；载具系记为Svovxvyvzv:ov为固定翼无人机上在某时刻的某一位置，ovxv指向固定翼无人机机头方向，与其飞行方向相同，ovyv与固定翼无人机对称面垂直，指向固定翼无人机的右侧，ovzv垂直ovxvyv面指向固定翼无人机上方，坐标系符合右手定则；在载具系中固定翼无人机的运动状态描述如下：[vlvθvψalaθaψ]T2其中vl,vθ,vψ分别定义了载具的线速度、俯仰角速度、偏航角速度，al,aθ,aψ分别定义了载具的线加速度、俯仰角加速度、偏航角加速度；对于单个固定翼无人机载具的运动学特性有如下假设：1固定翼无人机的线加速度恒定，即al为常数；2固定翼无人机的转弯时的角速度恒定不变；即载具在需要转弯时能立刻以恒定的转弯半径转向；3固定翼无人机的各种速度都是有上限的，且线速度存在下限vlmin,且下限大于0，即固定翼无人机不能原地悬停；现在令速度矩阵和加速度矩阵如下： 则按照上述假设得到速度和加速度关系如下： 其中Vt为t时刻载具的速度矩阵，Vt′为t′时刻载具的速度矩阵，Δt为时间的推进步长s，t＝t′+Δt为速度变化趋势矩阵；f为载具的速度变化趋势矩阵；由此得到固定翼无人机的位置和姿态与速度的关系如下： 根据预设目标点设置全局吸引信号，根据预设障碍物设置局部排斥信号，根据所述全局吸引信号和所述局部排斥信号确定载具系下单架无人机受到的总的引导信号；所述局部排斥信号为当所述无人机位于预设的障碍物的作用半径内时所受到的排斥信号；根据所述单架无人机的运动学模型和预设目标点及预设障碍物下单架无人机受到的总的引导信号，确定单架固定翼无人机在已知目标和障碍物条件下的单机路径规划算法；获取固定翼无人机的编队信息，根据所述编队信息中的队形参数和长机当前的位置和姿态信息确定僚机在长机的载具系下僚机目标点；获取外部障碍物信息，并以僚机队员为内部障碍设置内部障碍物信息，根据所述外部障碍物信息、内部障碍物信息以及所述僚机目标点，使得所述长机通过所述单机路径规划算法向编队目标区域飞行，并且每个僚机通过所述单机路径规划算法向所述长机集结，实现固定翼无人机编队的编队集结航迹规划。

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百度查询： 中国人民解放军国防科技大学 基于人工势场的固定翼无人机编队航迹规划方法与装置