CN112558637B - 无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，首先，根据空中运动目标位置建立空中运动目标运动模型；其次，获得无人机对空中运动目标的距离信息，并得到运动目标对应的瞬时值；再次，根据运动模型得到空中运动目标在无人机上的视转角；最后，根据视转角确定无人机的运动方向。本发明操作步骤简便，对操作人员的要求较低，精准度较高；通过建立空中运动目标运动模型，确定无人机的运动方向，实施简便、操作直观等特点。

Description

无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法

技术领域

本发明涉及无人机技术，具体涉及一种无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法。

背景技术

随着无人机及无人机群技术的发展，无人机群之中无人机之间的运动规避的相关问题是无人机群研究必须要面对的问题。

现有的无人机多以单机方式实施，单机任务单一。单机飞行时，其飞行空域密度较低，操作人员通过目视即可实现规避。单架无人机对空中运动目标的规避，具有实施简单、操作直观等特点。但单架无人机操作人员对空中目标规避对操作人员要求较高，对其他任务产生影响，作业强度大，且在无人机群中，难以实施。

随着无人机群的出现，无人机群具有可靠性高，功能多、携带装备多、多任务等特点，在未来行业具有巨大应用潜力。无人机所在空域飞行密度增加，单独依靠操作人员的目视操作实现无人机间的规避具有一定的难度，对操作人员的要求较高，操作人员极易出现顾此失彼的情况，且难以同时保证机群稳定和其他任务的完成。

当前，无人机对空中运动目标的规避，多基于单机操作人员对空中运动目标的目视操作，针对无人机中无人机之间的规避算法还比较少。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，实现了无人机群对运动目标的追踪及规避。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，包括以下步骤：

S1：根据空中运动目标位置建立空中运动目标运动模型；

S2：获得无人机对空中运动目标的距离信息，并得到运动目标对应的瞬时值；

S3：根据运动模型得到空中运动目标在无人机上的视转角；

S4：根据视转角确定无人机的运动方向，从而无人机规避空中目标。

进一步地，上述步骤S1中空中建立运动目标运动模型的方程如下：

其中，dt为时间采样间隔，X(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时位置，V(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时速度，A(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度，B(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度变化率，W(k)为空中运动目标在第k个采样间隔加速度受到的噪声。

进一步地，上述步骤S2具体如下：

在第k个时刻，设空中运动目标的坐标X(k)＝(x,y,z)^T，得到该时刻空中运动目标速度V(k)，具体求法为：

进一步地，上述步骤S3具体如下：

根据式(2)求得的空中运动目标瞬时值V(k)，A(k)，B(k)；求得空中运动目标第k个时刻空中运动目标的转角α(k)；

进一步地，上述步骤S4具体如下：

S401:根据空中运动目标瞬时位置X(k)＝(x,y,z)^T及无人机位置(x⁽⁰⁾,y⁽⁰⁾,z⁽⁰⁾)计算得到空中目标与无人机的瞬时距离r⁽⁰⁾得到对应的方向向量

S402：计算空中运动目标运动预定位置：

S403：计算无人机预定飞行点位：

其中

为无人机预定飞行位置，Δ为无人机外形最大尺寸，M为空间安全倍数；

S404：修正无人机飞行指向：

无人机飞行指向由当前位置指向预定飞行位置

调整飞行速度方向为：

进一步地，上述空间安全倍数为5-8。

本发明的有益效果：

1)本发明提供了一种无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，操作步骤简便，对操作人员的要求较低，精准度较高。

2)本发明提供了一种无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，通过建立空中运动目标运动模型，确定无人机的运动方向，具有实施简单、操作直观等特点。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

如图1所示，无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，包括下列步骤：

第一步：根据空中运动目标位置建立空中运动目标运动模型；

第二步：获得无人机对空中运动目标的距离信息，并得到运动目标对应的瞬时值；

第三步：根据运动模型得到空中运动目标在无人机上的视转角；

第四步：根据视转角确定无人机的运动方向。

其中：

第一步，根据空中运动目标位置建立空中运动目标运动模型，包括：

建立运动目标模型方程：

其中，dt为时间采样间隔，X(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时位置，V(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时速度，A(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度，B(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度变化率，W(k)为空中运动目标在第k个采样间隔加速度受到的噪声。

第二步，“获得无人机对空中运动目标的距离信息，并得到运动目标对应的瞬时值”,包括有：

在第k个时刻，设空中运动目标的坐标X(k)＝(x,y,z)^T，得到该时刻空中运动目标速度V(k)，具体求法为：

第三步，“根据运动模型得到空中运动目标在无人机上的视转角”,包括有：

(1)根据式(2)求得到空中运动目标一系列瞬时值V(k)，A(k)，B(k)；

(2)求得空中运动目标第k个时刻空中运动目标的转角α(k)；

其中

第四步，“根据视转角确定无人机的运动方向”,包括有：

(1)根据空中运动目标瞬时位置X(k)＝(x,y,z)^T及无人机位置(x⁽⁰⁾,y⁽⁰⁾,z⁽⁰⁾)计算得到空中目标与无人机的瞬时距离r⁽⁰⁾得到对应的方向向量

(2)计算空中运动目标运动预定位置：

(3)计算无人机预定飞行点位：

其中

为无人机预定飞行位置，Δ为无人机外形最大尺寸，M为空间安全倍数，一般设定为5-8，即安全距离为5-8倍的无人机外形尺寸；

(4)修正无人机飞行指向：

无人机飞行指向由当前位置指向预定飞行位置

调整飞行速度方向为：

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (3)

1.无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据空中运动目标位置建立空中运动目标运动模型；

所述步骤S1中空中建立运动目标运动模型的方程如下：

其中，dt为时间采样间隔，X(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时位置，V(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时速度，A(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度，B(k)为空中运动目标在第k个采样间隔瞬时加速度变化率，W(k)为空中运动目标在第k个采样间隔加速度受到的噪声；

S2：获得无人机对空中运动目标的距离信息，并得到运动目标对应的瞬时值；

所述步骤S2具体如下：在第k个时刻，设空中运动目标的坐标X(k)＝(x，y，z)^T，得到该时刻空中运动目标速度V(k)，具体求法为：

S3：根据运动模型得到空中运动目标在无人机上的转角α(k)；

所述步骤S3具体如下：根据式(2)求得的空中运动目标瞬时值V(k)，A(k)，B(k)；求得空中运动目标第k个时刻空中运动目标的转角α(k)；

S4：根据视转角确定无人机的运动方向，从而无人机规避空中目标。

2.根据权利要求1所述的无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，其特征在于，所述步骤S4具体如下：

S401：根据空中运动目标瞬时位置X(k)＝(x，y，z)^T及无人机位置(x⁽⁰⁾，y⁽⁰⁾，z⁽⁰⁾)计算得到空中目标与无人机的瞬时距离r⁽⁰⁾以及同时得到对应的方向向量

S402：计算空中运动目标运动预定位置：

S403：计算无人机预定飞行点位：

其中

为无人机预定飞行位置，Δ为无人机外形最大尺寸，M为空间安全倍数；

S404：修正无人机飞行指向：

无人机飞行指向由当前位置指向预定飞行位置

调整飞行速度方向为：

3.根据权利要求2所述的无人机群中无人机对空中运动目标的规避方法，其特征在于：所述空间安全倍数为5-8。

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