CN109032186A - 一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无人机群控制技术领域，尤其涉及一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，包括以下几个步骤：(1)建立无人机群的公共退出点及公共过渡航线；(2)各无人机退出圆形轨迹的时机判断；(3)设置各无人机退出圆形轨迹的飞行高度。本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法根据无人机群飞行的圆形轨迹区域，通过设置一条公共过渡航线，使得无人机群内各无人机通过该公共过渡航线有序退出圆形轨迹，且飞行退出过程中改变各自的飞行高度，形成高度差，有效避免各无人机之间发生碰撞，极大简化了系统的设计，简单易操作，具有较强的工程可实现性，实用价值较高。

Description

一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法
技术领域
本发明涉及无人机群控制技术领域，尤其涉及一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法。
背景技术
多无人机协同飞行是多无人机群体执行任务的首要前提。多无人机协同飞行圆形轨迹，是执行任务场景中最常用到的一种协同飞行方式。目前，最常采用的协同飞行退出圆形轨迹的方法是各无人机接收到任务结束的指令后，分别根据下一个任务的目标点规划飞行航线，分别向各自的任务目标点飞行，与此同时，需要考虑各机间避免碰撞的问题，需要设置各机从圆形轨迹转入规划航线的合适时机与条件。上述方法，约束条件较多，系统稳定性较差，实际应用中难以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，根据无人机群飞行的圆形轨迹区域，通过设置一条公共过渡航线，使得无人机群内各无人机通过该公共过渡航线有序退出圆形轨迹，且飞行退出过程中改变各自的飞行高度，形成高度差，有效避免各无人机之间发生碰撞，简单易操作，具有很好的实用价值。
为了实现上述目的，本发明提供了一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，包括以下几个步骤：
(1)建立无人机群的公共退出点及公共过渡航线：在无人机群所飞行的圆形轨迹区域的外围选取一点S作为公共退出点，圆形轨迹区域的中心点O与公共退出点S之间的连线OS作为公共过渡航线；
(2)各无人机退出圆形轨迹的时机判断：无人机群接收到圆形轨迹飞行结束的命令后，各无人机继续按照圆形轨迹飞行，若无人机群中的第N架无人机的航向角与公共过渡航线OS之间的夹角连续5拍均小于角度判断阈值delt_psl时，则该第N架无人机转入公共过渡航区飞行；其中，N为无人机编号；
(3)设置各无人机退出圆形轨迹的飞行高度：设置各无人机在公共退出点S处的高度指令并发送至相应的无人机；各无人机转入公共过渡航区以后，分别按照各自所接收到的飞行高度指令飞行，逐渐形成高度差；其中，第N架无人机在公共退出点S处的高度指令为H_N，H_N＝(N-1)*DELT_H,DELT_H为高度差值。
进一步的，还包括步骤(4)无人机群退出圆形轨迹的判断：各无人机飞行至公共退出点S上方或下方时，均发出已退出圆形轨迹的标志，待所有无人机均发出退出圆形轨迹的标志后，无人机群退出圆形轨迹飞行阶段。
进一步的，步骤(1)中，圆形轨迹区域的半径为R，公共退出点S与圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为2-3倍R。
进一步的，公共退出点S与圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为
进一步的，步骤(2)中，角度判断阈值delt_psl的数值在8-15度之间。
进一步的，步骤(3)中，高度差值DELT_H在3-8米之间。
进一步的，无人机群中无人机的数量在2-8架之间，无人机群飞行的圆形轨迹到地面的高度H为50米，高度差值DELT_H为5米。
进一步的，步骤(3)中：各无人机在公共退出点S处的高度指令均以公共退出点S为基点，且位于公共退出点S的正上方，形成高度差；或者，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以公共退出点S为基点，且位于公共退出点S的正下方，形成高度差；或者，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以W点为基点，且均位于W点的正下方或均位于W点的正上方，形成高度差；其中W点位于公共退出点S的正上方或正下方。
进一步的，步骤(1)前还包括步骤子群分割：根据无人机群中无人机的数量，将无人机群分成若干无人机子群，若干无人机子群分别执行退出圆形轨迹动作。
本发明的一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，具有以下有益效果：
1、本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法根据无人机群飞行的圆形轨迹区域，通过设置一条公共过渡航线，使得无人机群内各无人机通过该公共过渡航线有序退出圆形轨迹，且飞行退出过程中改变各自的飞行高度，形成高度差，有效避免各无人机之间发生碰撞，极大简化了系统的设计，简单易操作，具有较强的工程可实现性，实用价值较高。
2、本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，合理选取公共退出点的具体位置、角度判断阈值的角度范围、高度差值的高度范围，从而加强了本发明的可操控性及可实施性。
3、本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，可以根据无人机群中无人机的数量及无人机群圆形轨迹的飞行高度将无人机群分成若干无人机子群，从而使得本发明可以同时适用于具有较多无人机的无人机群以及较少无人机的无人机群，适用范围更广。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法的公共退出点及公共过渡航线选取的示意图；
图2为本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法的控制流程图；
图3为本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法的无人机群退出过程示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3所示，本发明实施例的一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，包括以下几个步骤：
步骤S1建立无人机群的公共退出点及公共过渡航线：在无人机群所飞行的圆形轨迹区域的外围选取一点S作为公共退出点，圆形轨迹区域的中心点O与公共退出点S之间的连线OS作为公共过渡航线。具体的，公共退出点S可以与无人机群飞行的圆形轨迹同高度也可以不同高度，这不影响该方法的可执行性；圆形轨迹区域的半径为R，公共退出点S与圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为2-3倍R；优选的，公共退出点S与圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为
步骤S2各无人机退出圆形轨迹的时机判断：无人机群接收到圆形轨迹飞行结束的命令后，各无人机继续按照圆形轨迹飞行，若无人机群中的第N架无人机的航向角与公共过渡航线OS之间的夹角连续5拍均小于角度判断阈值delt_psl时，则该第N架无人机以P点为切入点转入公共过渡航区飞行(无人机以P点为切入点直至飞行至公共退出点S对应位置所覆盖的区域为公共过渡航区)。具体的，角度判断阈值delt_psl的数值在8-15度之间；优选的，角度判断阈值delt_psl的取值为10度。应当指出的是，本发明不要求无人机群中各无人机的退出顺序，只要满足步骤S2中的退出要求即可。
步骤S3设置各无人机退出圆形轨迹的飞行高度：设置各无人机在公共退出点S处的高度指令并发送至相应的无人机；各无人机转入公共过渡航区以后，分别按照各自所接收到的飞行高度指令飞行，逐渐形成高度差；其中，第N架无人机在公共退出点S处的高度指令为H_N，H_N＝(N-1)*DELT_H,DELT_H为高度差值，N为无人机编号。具体的，高度差值DELT_H在3-8米之间。优选的，无人机群中无人机的数量在2-8架之间，无人机群飞行的圆形轨迹到地面的高度H为50米，高度差值DELT_H为5米；如图1、图3所示(由于图1为俯视方向，所以无人机外形以三角形表示；图3为主视方向，所以无人机以矩形表示，用以区分)，若无人机群包括3架无人机，则依次编号为1、2、3，第2架无人机在公共退出点S处的高度指令为H_2，H_2＝(2-1)*DELT_H＝1*5＝5米，第3架无人机在公共退出点S处的高度指令为H_3，H_3＝(3-1)*DELT_H＝2*5＝10米。
更具体的，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以公共退出点S为基点，且位于公共退出点S的正上方，形成高度差；或者，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以公共退出点S为基点，且位于公共退出点S的正下方，形成高度差；或者，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以W点为基点，且均位于W点的正下方或均位于W点的正上方，形成高度差；其中W点位于公共退出点S的正上方或正下方，本领域技术人员可根据实际情况具体设计。优选的，如图3所示(图3中的虚线为各无人机进入公共过渡航区飞行时加以自身高度指令后的实际航线)，取公共退出点S与无人机群飞行的圆形轨迹中心点O等高，各无人机在公共退出点S处的高度指令均以公共退出点S为基点(即公共退出点S为零高度点)，且位于公共退出点S的正下方，形成高度差，即第N架无人机退出圆形轨迹到达公共退出点S下方时与公共退出点S之间的垂直距离为H_N。
进一步的，还包括步骤S4无人机群退出圆形轨迹的判断：各无人机飞行至公共退出点S上方或下方时，均发出已退出圆形轨迹的标志，待所有无人机均发出退出圆形轨迹的标志后，无人机群退出圆形轨迹飞行阶段。该步骤主要用于向控制人员或者控制系统发出反馈指令，便于控制人员或控制系统对退出的无人机进行下一步的控制操作。具体的，第N架无人机退出圆形轨迹到达公共退出点S上方或下方时，发出退出标志flag_circle_out_N；如，第2架无人机退出圆形轨迹到达公共退出点S上方或下方时，发出退出标志flag_circle_out_2。
更进一步的，当无人机的数量较多时，根据无人机群中无人机的数量，将无人机群分成若干无人机子群，若干无人机子群分别执行退出圆形轨迹动作，从而使得无人机群退出圆形轨迹时不受圆形轨迹高度的限制，可以更灵活的设置高度指令。
本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法根据无人机群飞行的圆形轨迹区域，通过设置一条公共过渡航线，使得无人机群内各无人机通过该公共过渡航线有序退出圆形轨迹，且飞行退出过程中改变各自的飞行高度，形成高度差，有效避免各无人机之间发生碰撞，极大简化了系统的设计，简单易操作，具有较强的工程可实现性，实用价值较高。
应该指出的是本发明的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法中，无人机群与控制系统之间的信息交互或者涉及到的收发信息的方式，本领域技术可参照现有技术。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(1)建立无人机群的公共退出点及公共过渡航线：在无人机群所飞行的圆形轨迹区域的外围选取一点S作为所述公共退出点，圆形轨迹区域的中心点O与所述公共退出点S之间的连线OS作为所述公共过渡航线；
(2)各无人机退出圆形轨迹的时机判断：无人机群接收到圆形轨迹飞行结束的命令后，各无人机继续按照圆形轨迹飞行，若无人机群中的第N架无人机的航向角与所述公共过渡航线OS之间的夹角连续5拍均小于角度判断阈值delt_psl时，则该第N架无人机转入公共过渡航区飞行；其中，N为无人机编号；
(3)设置各无人机退出圆形轨迹的飞行高度：设置各无人机在所述公共退出点S处的高度指令并发送至相应的无人机；各无人机转入公共过渡航区以后，分别按照各自所接收到的飞行高度指令飞行，逐渐形成高度差；其中，第N架无人机在所述公共退出点S处的高度指令为H_N，H_N＝(N-1)*DELT_H,DELT_H为高度差值。
2.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，还包括步骤(4)无人机群退出圆形轨迹的判断：各无人机飞行至所述公共退出点S上方或下方时，均发出已退出圆形轨迹的标志，待所有无人机均发出退出圆形轨迹的标志后，无人机群退出圆形轨迹飞行阶段。
3.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述圆形轨迹区域的半径为R，所述公共退出点S与所述圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为2-3倍R。
4.根据权利要求3所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，所述公共退出点S与所述圆形轨迹区域的中心点O之间的水平距离为
5.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述角度判断阈值delt_psl的数值在8-15度之间。
6.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述高度差值DELT_H在3-8米之间。
7.根据权利要求6所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，所述无人机群中所述无人机的数量在2-8架之间，所述无人机群飞行的圆形轨迹到地面的高度H为50米，所述高度差值DELT_H为5米。
8.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，步骤(3)中：
各无人机在所述公共退出点S处的高度指令均以所述公共退出点S为基点，且位于所述公共退出点S的正上方，形成高度差；
或者，各无人机在所述公共退出点S处的高度指令均以所述公共退出点S为基点，且位于所述公共退出点S的正下方，形成高度差；
或者，各无人机在所述公共退出点S处的高度指令均以W点为基点，且均位于W点的正下方或均位于W点的正上方，形成高度差；其中W点位于所述公共退出点S的正上方或正下方。
9.根据权利要求1所述的无人机群协同退出圆形轨迹的控制方法，其特征在于，步骤(1)前还包括步骤子群分割：根据所述无人机群中无人机的数量，将所述无人机群分成若干无人机子群，若干所述无人机子群分别执行退出圆形轨迹动作。
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