CN116430908B - 一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法，包括如下步骤：S1，获取状态信息，所述状态信息包括：需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的个体状态信息；以及所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机所在固定翼无人机集群的集群状态信息；S2，基于所述个体状态信息和集群状态信息，协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距；S3，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径。本发明设计合理、高效，固定翼无人机在离开固定翼无人机集群时，能有效地利用固定翼无人机集群的协同控制，解决固定翼无人机需要在离开固定翼无人机集群时避免引发固定翼无人机集群中固定翼无人机相撞的问题。

Description

一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法

技术领域

本发明涉及集群无人机技术领域，具体而言，涉及一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法。

背景技术

无人机具有行动灵活、方便快捷等特点，被广泛地应用。例如在农业中使用无人机执行农药的喷洒，使得耕地内的农作物可以全覆盖农药；在地理测绘中在高寒或高海拔区域使用无人机替代人力完成全景测绘工作；在地震灾后救援中在受灾区域使用无人机搜救被困人员等。

当任务范围过大时，单架无人机执行任务可能有时长过长，电池能耗大，剩余飞行时间不足，飞行范围受限等问题，无法独自完成任务。因此，需要借助多无人机组成集群通过自主协同的方式来解决实际问题。然而，在实际场景中部署的无人机集群在执行任务时，固定翼无人机可能由于系统故障或者执行其他任务等情况需要离开集群编队，避免离群固定翼无人机在离群过程中与集群中其他固定翼无人机相撞是一个需要考虑的问题，现有方法并未对这个问题给予适当回应。

发明内容

本发明旨在提供一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法，以解决固定翼无人机集群在执行任务时，由于固定翼无人机由于系统故障或者执行其他任务等情况需要在离开集群编队时，引发集群无人机相撞的问题。

本发明提供的一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法，包括如下步骤：

S1，获取状态信息，所述状态信息包括：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的个体状态信息；

以及所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机所在固定翼无人机集群的集群状态信息；

S2，基于所述个体状态信息和集群状态信息，协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距；

S3，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径。

进一步的，所述集群状态信息包括：

固定翼无人机集群中的固定翼无人机个数；

以及固定翼无人机集群的编队队形和编队间距。

进一步的，所述个体状态信息包括：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群原因信息；

以及需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在固定翼无人机集群的编队中的位置信息。

进一步的，所述离群原因信息包括：

系统故障；

或者执行其他任务。

进一步的，当离群原因信息为系统故障时，还需获取所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机能够继续飞行的方向范围。

进一步的，当所述离群原因信息为系统故障时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为基准，动态调整固定翼无人机集群中其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机以各自为基准，动态调整固定翼无人机集群其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距后会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，首先以低层的所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为先调整编队形状和编队间距；若在同一层有多架需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机时，以受损严重程度由重到轻为序调整编队形状和编队间距，使得每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径。

进一步的，当所述离群原因信息为执行其他任务时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，以固定翼无人机序号由小到大或由大到小为序调整编队队形和编队间距。

进一步的，当所述离群原因信息为执行其他任务时，在低层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向下的可通行的离群路径，在高层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向上的可通行的离群路径。

进一步的，所述可通行的离群路径是指：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机通过此条路径时能够满足自身继续飞行的方向范围的要求，并且与其他固定翼无人机保持安全距离，避免与其他固定翼无人机的碰撞。

进一步的，步骤S3中，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径的方法包括：

当前未离开固定翼无人机集群的固定翼无人机保持水平匀速直线飞行，当前需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机沿着一条可通行的离群路径飞行，直到当前离开固定翼无人机集群的固定翼无人机与固定翼无人机集群的距离超过设定距离范围后结束。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明设计合理、高效，固定翼无人机在离开固定翼无人机集群时，能有效地利用固定翼无人机集群的协同控制，解决固定翼无人机需要在离开固定翼无人机集群时避免引发固定翼无人机集群中固定翼无人机相撞的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例中固定翼无人机集群的离群路径规划方法的流程图。

图2为本发明实施例中单机离群相同高度下固定翼无人机集群示意图。

图3为本发明实施例中单机离群不同高度下固定翼无人机集群示意图。

图4为本发明实施例中多机离群相同高度下固定翼无人机集群示意图。

图5为本发明实施例中多机离群不同高度下固定翼无人机集群示意图。

图6为本发明实施例中固定翼无人机集群在拉大编队间距后的示意图。

图7为本发明实施例中固定翼无人机集群在编队队形变换后的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例提出一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法，包括如下步骤：

S1，获取状态信息，所述状态信息包括：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机(附图中简称为离群固定翼无人机)的个体状态信息；所述个体状态信息包括：需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群原因信息；以及需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在固定翼无人机集群的编队中的位置信息。

以及所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机所在固定翼无人机集群的集群状态信息；如图2、图3所示，所述集群状态信息包括：固定翼无人机集群中的固定翼无人机个数；以及固定翼无人机集群的编队队形和编队间距。

进一步的，所述离群原因信息包括系统故障或者执行其他任务。其中，当离群原因信息为系统故障时，还需获取所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机能够继续飞行的方向范围。

S2，基于所述个体状态信息和集群状态信息，协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距；如图4、图5、图6、图7所示，对应离群原因信息中的系统故障或者执行其他任务，有两种模式来协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距。具体如下：

第一种模式，当所述离群原因信息为系统故障时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为基准，动态调整固定翼无人机集群中其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机以各自为基准，动态调整固定翼无人机集群其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距后会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，首先以低层的所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为先调整编队形状和编队间距；若在同一层有多架需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机时，以受损严重程度由重到轻为序调整编队形状和编队间距，使得每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径。如图5所示，先规划离群固定翼无人机一，再规划离群固定翼无人机二。

第二种模式，当所述离群原因信息为执行其他任务时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，以固定翼无人机序号由小到大或由大到小为序(根据需要设定即可)调整编队队形和编队间距。

进一步的，当所述离群原因信息为执行其他任务时，在低层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向下的可通行的离群路径，在高层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向上的可通行的离群路径。如图5所示，离群固定翼无人机一向下规划可通行的离群路径，离群固定翼无人机二向上规划可通行的离群路径。

还需要说明的是，所述可通行的离群路径是指：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机通过此条路径时能够满足自身继续飞行的方向范围的要求，并且与其他固定翼无人机保持安全距离，避免与其他固定翼无人机的碰撞。

S3，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径：

当前未离开固定翼无人机集群的固定翼无人机保持水平匀速直线飞行；

当前需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机沿着一条可通行的离群路径飞行，直到当前离开固定翼无人机集群的固定翼无人机与固定翼无人机集群的距离超过设定距离范围(根据需要进行设定即可，例如设定为500米范围)后结束。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固定翼无人机集群的离群路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，获取状态信息，所述状态信息包括：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的个体状态信息；

以及所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机所在固定翼无人机集群的集群状态信息；

S2，基于所述个体状态信息和集群状态信息，协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距；

S3，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径；

所述集群状态信息包括：

固定翼无人机集群中的固定翼无人机个数；

以及固定翼无人机集群的编队队形和编队间距；

所述个体状态信息包括：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群原因信息；

以及需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在固定翼无人机集群的编队中的位置信息；

所述离群原因信息包括：

系统故障；

或者执行其他任务；

当离群原因信息为系统故障时，还需获取所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机能够继续飞行的方向范围；当所述离群原因信息为系统故障时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为基准，动态调整固定翼无人机集群中其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机以各自为基准，动态调整固定翼无人机集群其他固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距后会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，首先以低层的所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机为先调整编队形状和编队间距；若在同一层有多架需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机时，以受损严重程度由重到轻为序调整编队形状和编队间距，使得每架所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机在能够继续飞行的方向范围内至少有一条可通行的离群路径；

当所述离群原因信息为执行其他任务时，步骤S2中协同调整所述固定翼无人机集群的编队队形和编队间距的方法包括：

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机只有一架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；

若需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机有多架，以最小化调整为前提，动态调整固定翼无人机集群中所有固定翼无人机的位置，调整编队队形和编队间距，使得需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机至少有一条可通行的离群路径；当有需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机调整编队形状和编队间距会影响其他需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的位置时，以固定翼无人机序号由小到大或由大到小为序调整编队队形和编队间距。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机集群的离群路径规划方法，其特征在于，当所述离群原因信息为执行其他任务时，在低层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向下的可通行的离群路径，在高层的需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机优先规划向上的可通行的离群路径。

3.根据权利要求1-2任一项所述的固定翼无人机集群的离群路径规划方法，其特征在于，所述可通行的离群路径是指：

需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机通过此条路径时能够满足自身继续飞行的方向范围的要求，并且与其他固定翼无人机保持安全距离。

4.根据权利要求3所述的固定翼无人机集群的离群路径规划方法，其特征在于，步骤S3中，规划所述需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机的离群路径的方法包括：

当前未离开固定翼无人机集群的固定翼无人机保持水平匀速直线飞行，当前需要离开固定翼无人机集群的固定翼无人机沿着一条可通行的离群路径飞行，直到当前离开固定翼无人机集群的固定翼无人机与固定翼无人机集群的距离超过设定距离范围后结束。