本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)，具體涉及一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)飛行的研究一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)，其目標(biāo)在于控制一定數(shù)目的無(wú)人機(jī)形成特定的編隊(duì)隊(duì)形，沿著特定的參考軌跡到達(dá)目標(biāo)區(qū)域執(zhí)行某種任務(wù)。無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)大量應(yīng)用于協(xié)同探測(cè)、態(tài)勢(shì)感知、以及協(xié)同作業(yè)等場(chǎng)景。在飛行過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可能會(huì)受到障礙、狹窄通道等環(huán)境條件的約束，為了提高執(zhí)行任務(wù)的效率以及降低成本，需要適應(yīng)性地對(duì)編隊(duì)的期望軌跡做出靈活地調(diào)整，從而保證其路徑的通暢與任務(wù)的實(shí)施。無(wú)人機(jī)可通過(guò)轉(zhuǎn)彎完成當(dāng)前航線的變更，由于其飛行特性的約束，采用主動(dòng)調(diào)速實(shí)現(xiàn)集群同步轉(zhuǎn)彎較為困難，往往采用轉(zhuǎn)彎后編隊(duì)重新收斂的方法。通過(guò)改進(jìn)無(wú)人機(jī)編隊(duì)的轉(zhuǎn)彎半徑計(jì)算方法，可以大幅加快轉(zhuǎn)彎后編隊(duì)的收斂速度，提升無(wú)人機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法，基于航線中直線段與弧線段的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中內(nèi)、外圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，進(jìn)而減小由編隊(duì)側(cè)向偏移量所造成的出彎后前向誤差。在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行過(guò)程中，由于側(cè)向偏移量的存在，不同無(wú)人機(jī)所處內(nèi)、外圈的航路長(zhǎng)度不同，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎后整個(gè)編隊(duì)存在較大的前向誤差，而無(wú)人機(jī)自身調(diào)速能力相對(duì)有限，往往難于快速實(shí)現(xiàn)編隊(duì)構(gòu)型的恢復(fù)。本方法適用于固定翼無(wú)人機(jī)集群以各種編隊(duì)構(gòu)型進(jìn)行各種角度轉(zhuǎn)彎的情況，可大幅度減少轉(zhuǎn)彎后的編隊(duì)誤差，有利于固定翼無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)構(gòu)型的保持，這在集群系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

3、步驟1：兩架無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)策略；

4、步驟1-1：若內(nèi)圈無(wú)人機(jī)和外圈無(wú)人機(jī)采用相同的轉(zhuǎn)彎半徑，則內(nèi)、外圈無(wú)人機(jī)的航線長(zhǎng)度相差為：

5、

6、其中，l為兩架無(wú)人機(jī)的編隊(duì)側(cè)向偏移量；△ρ為轉(zhuǎn)彎角度，單位為弧度；航線長(zhǎng)度之差△q是由側(cè)向偏移量所造成的出彎后編隊(duì)誤差；

7、步驟1-2：為了減少出彎后編隊(duì)誤差△q，在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中減小內(nèi)圈彈藥的轉(zhuǎn)彎半徑，即使其多飛行直線段、少飛行弧線段；同時(shí)，增大外圈彈藥的轉(zhuǎn)彎半徑，即少飛行直線段、多飛行弧線段；基于轉(zhuǎn)彎角度、直線段與弧線段的比例關(guān)系，得到內(nèi)、外圈無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)滿足：

8、

9、其中，r2為外圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，r1為內(nèi)圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑；

10、步驟1-3：對(duì)式(2)進(jìn)行化簡(jiǎn)得：

11、r2＝r1+k·l?(3)

12、其中，調(diào)節(jié)系數(shù)k為：

13、

14、根據(jù)式(3)設(shè)置內(nèi)、外圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，能夠減少出彎后兩架無(wú)人機(jī)之間的編隊(duì)誤差；

15、步驟2：大規(guī)模無(wú)人機(jī)編隊(duì)的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)策略；

16、步驟2-1：在編隊(duì)規(guī)模多于兩架時(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)彎方向選取最內(nèi)側(cè)無(wú)人機(jī)作為基準(zhǔn)，該無(wú)人機(jī)采用所允許的最小轉(zhuǎn)彎半徑，計(jì)算方式為：

17、

18、其中，v為無(wú)人機(jī)的飛行速度，g為重力加速度，φ為轉(zhuǎn)彎所允許的最大滾轉(zhuǎn)角；

19、步驟2-2：定義無(wú)人機(jī)集群的編隊(duì)構(gòu)型為：

20、

21、其中，n為無(wú)人機(jī)的數(shù)量，his表示第i架無(wú)人機(jī)相對(duì)于編隊(duì)中心的側(cè)向偏移量，hif表示第i架無(wú)人機(jī)相對(duì)于編隊(duì)中心的前向偏移量，彈號(hào)i＝1,2,...,n；

22、步驟2-3：在該編隊(duì)構(gòu)型下對(duì)應(yīng)的最大、最小側(cè)向偏移量分別為：

23、

24、步驟2-4：根據(jù)其余無(wú)人機(jī)與最內(nèi)側(cè)無(wú)人機(jī)的相對(duì)側(cè)向偏移量，計(jì)算各個(gè)無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑：

25、

26、其中，為第i架無(wú)人機(jī)的側(cè)向偏移量。

27、優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)彎所允許的最大滾轉(zhuǎn)角φ＝π/6。

28、優(yōu)選地，所述無(wú)人機(jī)集群在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，各個(gè)無(wú)人機(jī)以相同的期望速度飛行，且采用錯(cuò)高策略以避免發(fā)生碰撞。

29、本發(fā)明的有益效果如下：

30、本發(fā)明提出的一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法。在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，減小內(nèi)圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，即使其多飛行直線段、少飛行弧線段；增大外圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，即少飛行直線段、多飛行弧線段。該方法可以大幅減少轉(zhuǎn)彎后的編隊(duì)誤差，解決無(wú)人機(jī)調(diào)速能力有限下編隊(duì)快速收斂及隊(duì)形保持，有益于無(wú)人機(jī)集群在復(fù)雜環(huán)境下的任務(wù)實(shí)施。

技術(shù)特征：

1.一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述轉(zhuǎn)彎所允許的最大滾轉(zhuǎn)角φ＝π/6。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)集群在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中，各個(gè)無(wú)人機(jī)以相同的期望速度飛行，且采用錯(cuò)高策略以避免發(fā)生碰撞。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于固定翼無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行的轉(zhuǎn)彎半徑調(diào)節(jié)方法，基于航線中直線段與弧線段的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中內(nèi)、外圈無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，進(jìn)而減小由編隊(duì)側(cè)向偏移量所造成的出彎后前向誤差。在無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行過(guò)程中，由于側(cè)向偏移量的存在，不同無(wú)人機(jī)所處內(nèi)、外圈的航路長(zhǎng)度不同，導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎后整個(gè)編隊(duì)存在較大的前向誤差，而無(wú)人機(jī)自身調(diào)速能力相對(duì)有限，往往難于快速實(shí)現(xiàn)編隊(duì)構(gòu)型的恢復(fù)。本方法適用于固定翼無(wú)人機(jī)集群以各種編隊(duì)構(gòu)型進(jìn)行各種角度轉(zhuǎn)彎的情況，可大幅度減少轉(zhuǎn)彎后的編隊(duì)誤差，有利于固定翼無(wú)人機(jī)集群編隊(duì)構(gòu)型的保持，這在集群系統(tǒng)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：張文飛,李銳,常冠男,周健,劉重,趙陽(yáng)陽(yáng),方飛,劉夢(mèng)焱,井璐琦,張虎子,熊弘毅,閆俊良
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19