一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法，包括如下步骤：系统配置个体的集群属性和环境系统；初始化个体、哈希表；根据当前迭代次数配置集群任务；系统将个体状态信息配置为起始状态，将目标状态信息配置为目标状态，将起始状态和目标状态代入时域优先方法计算得到三维轨迹数据；对三维轨迹数据进行避障处理；将数据存储至哈希表；根据当前迭代次数是否达到极限迭代次数确定是否继续迭代。代。代。

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法


[0001]本专利技术涉及无人机集群智能控制领域，特指一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法。

技术介绍

[0002]随着图像识别、数据通信等相关技术的迭代更新，无人机技术在社会多个领域得到了广泛应用。例如，利用无人机阵列搭建显示画面来替代传统的灯光投影能应对多种复杂环境且更具立体观感效果，而在灾后抢险救援时利用无人机阵列搭建显示画面可充当临时信号基站，解决了因灾后信号链路中断而错过最佳救援时间的问题。又如，在军工业领域，无人机可携带信号收集来获取或敌方情报，或者挂载弹头来进行军事打击，其高机动与低成本的性质极大的降低了战时人员伤亡。
[0003]无人机集群控制技术在无人机技术的基础上发展而来，相比于单架无人机个体，无人机集群具有更高的稳定性与可靠性。得益于层级网络管理，无人机集群的个体可以维持稳定的飞行姿态且无需考虑个体之间的碰撞问题。然而这种高关联性的拓扑结构也存在弊端，在应对未知的突发情况时无人机集群容易陷入混乱，在经过编队解除与重新编队等高时操作成本的操作后，无人机集群才恢复之前的稳定状态。此外，层级结构管理下的无人机集群任务执行效率普遍偏低，存在多个无人机执行相同任务的情况。基于以上所述，具有个体自主意识的无人机集群能够有效平稳应对环境中的突发情况，且在任务执行中占据更大优势。
[0004]路径规划是提高无人机自主飞行能力、确保飞行安全的关键技术之一，本质是一个具有复杂约束的系统优化问题；现有的无人机及集群的路径规划方法，主要体现在空间方面的各种路径规划方法，只考虑空间方面的轨迹管理并没有加上时间维度的考量，如何在现有的空间路径管理基础上增加时间维度，构建基于时间耦合的无人机轨迹数据集研究思路与分析是需要解决的关键问题，对于集群而言，在大多数飞行场景中希望在相同任务下耗费的时间最少、路径较优或者消耗能量最小，因而如何建立最短时间下的路径是最为关键的。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术的不足及存在的问题，本专利技术提供一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：系统配置个体的集群属性，其中，集群属性包括个体总数、个体编号、个体大小、个体平衡距离、个体加速度上限、个体碰撞检测上限和极限迭代次数；
[0009]系统配置环境信息，其中，环境信息包括空域信息和子空间信息，空域表示个体的活动范围，子空间表示个体执行聚集任务和扩散任务的区域，子空间包括聚集子空间和扩
散子空间；
[0010]步骤2：系统初始化个体，初始化哈希表，哈希表中存储有个体的当前迭代次数、飞行路径数据、动态障碍物数据、个体状态信息和个体飞行时间，个体状态信息包括个体的位置、速度大小、速度方向和集群任务；
[0011]步骤3：系统配置集群任务和调度方式，按照调度方式为个体配置集群任务，其中，集群任务包括常规任务、聚集任务和扩散任务，常规任务为个体做出在空域内随机的飞行行为，聚集任务为个体做出朝空域内聚拢的飞行行为，扩散任务为个体在空域内避开扩散子空间飞行的行为；
[0012]步骤4：系统获取集群任务，判断个体执行的集群任务是否为常规任务，若是则将目标状态信息配置在空域内，若否则判断个体执行的集群任务是否为聚集任务时，若是则将目标状态信息配置在聚集子空间内，若否则判断个体执行的集群任务是否为扩散任务，若是则将目标状态信息配置在扩散子空间外，其中，目标状态信息包括个体的目标速度大小、目标速度方向和目标位置；
[0013]步骤5：系统将个体状态信息配置为起始状态，将目标状态信息配置为目标状态，将起始状态和目标状态代入时域优先方法计算得到三维轨迹数据；
[0014]步骤6：系统判断个体之间是否会发生碰撞，若否则保留三维轨迹数据，若是则对三维轨迹数据进行避障处理；
[0015]步骤7：系统将保留或避障处理后的三维轨迹数据存储至哈希表；
[0016]步骤8：系统将当前迭代次数加一，判断当前迭代次数是否等于极限迭代次数，若否则迭代步骤3至步骤8，若是则系统结束进程。
[0017]作为优选，所述步骤2，具体包括：
[0018]所述哈希表包括飞行路径数据表、动态障碍物数据表、个体状态信息表和个体飞行时间数据表；
[0019]飞行路径数据表存储有个体的个体编号和飞行路径数据，系统采用个体编号作为飞行路径数据表的关键字，采用飞行路径数据作为飞行路径数据表的地址集，可根据路径数据表的关键字直接访问飞行路径数据表的地址集；
[0020]动态障碍物数据表存储有系统时间戳和个体的位置信息，系统采用系统时间戳作为动态障碍物数据表的关键字，采用个体的位置信息作为动态障碍物数据表的地址集，可根据动态障碍物数据表的关键字直接访问动态障碍物数据表的地址集；
[0021]个体状态信息数据表存储有个体编号和个体的初始状态，系统采用个体编号作为个体状态信息数据表的关键字，采用个体的初始状态作为个体状态信息数据表的地址集，可根据个体状态信息数据表的关键字直接访问个体状态信息数据表的地址集；
[0022]个体飞行时间数据表存储有个体编号和个体飞行时长，系统采用个体编号作为个体飞行时间数据表的关键字，采用个体飞行时长作为个体飞行时间数据表的地址集，可根据个体飞行时间数据表的关键字直接访问个体飞行时间数据表的地址集。
[0023]作为优选，所述步骤3，具体包括：
[0024]系统判断当前迭代次数是否位于1
‑
7之间或13
‑
15之间，若是则控制个体执行常规任务，若否则判断当前迭代次数是否位于8
‑
12之间，若是则控制个体执行聚集任务，若否则判断当前迭代次数是否在15
‑
20次之间，若是则控制个体执行扩散任务。
[0025]作为优选，所述步骤5，具体包括：
[0026]步骤51：系统通过三维坐标系旋转平移方法将起始状态和目标状态建立在二维坐标系上，起始状态中的起始位置和目标状态中的目标位置位于同一平面上，二维坐标系的X轴重合在起始状态中的起始速度方向上，二维坐标系的原点位于起始状态中的起始位置上，其中，起始状态包括个体的起始位置、起始速度大小和起始速度方向，目标状态包括个体的目标位置、目标速度大小和目标速度方向；
[0027]步骤52：系统根据如下公式计算得到位置序列：
[0028][0029]上式中，x为位置序列中X轴上的坐标位置，y为位置序列中Y轴上的坐标位置，t∈T，T为对应三维轨迹数据下的飞行时长，v∈(v
s
，v
e
)，v
s
为起始速度大小，v
e
为目标速度大小，为起始速度方向，的终点值为目标状态速度方向；
[0030]将位置序列和目标状态代入如下目标函数计算得到欧氏距离最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：系统配置个体的集群属性，其中，集群属性包括个体总数、个体编号、个体大小、个体平衡距离、个体加速度上限、个体碰撞检测上限和极限迭代次数；系统配置环境信息，其中，环境信息包括空域信息和子空间信息，空域表示个体的活动范围，子空间表示个体执行聚集任务和扩散任务的区域，子空间包括聚集子空间和扩散子空间；步骤2：系统初始化个体，初始化哈希表，哈希表中存储有个体的当前迭代次数、飞行路径数据、动态障碍物数据、个体状态信息和个体飞行时间，个体状态信息包括个体的位置、速度大小、速度方向和集群任务；步骤3：系统配置集群任务和调度方式，按照调度方式为个体配置集群任务，其中，集群任务包括常规任务、聚集任务和扩散任务，常规任务为个体做出在空域内随机的飞行行为，聚集任务为个体做出朝空域内聚拢的飞行行为，扩散任务为个体在空域内避开扩散子空间飞行的行为；步骤4：系统获取集群任务，判断个体执行的集群任务是否为常规任务，若是则将目标状态信息配置在空域内，若否则判断个体执行的集群任务是否为聚集任务时，若是则将目标状态信息配置在聚集子空间内，若否则判断个体执行的集群任务是否为扩散任务，若是则将目标状态信息配置在扩散子空间外，其中，目标状态信息包括个体的目标速度大小、目标速度方向和目标位置；步骤5：系统将个体状态信息配置为起始状态，将目标状态信息配置为目标状态，将起始状态和目标状态代入时域优先方法计算得到三维轨迹数据；步骤6：系统判断个体之间是否会发生碰撞，若否则保留三维轨迹数据，若是则对三维轨迹数据进行避障处理；步骤7：系统将保留或避障处理后的路径轨迹数据存储至哈希表；步骤8：系统将当前迭代次数加一，判断当前迭代次数是否等于极限迭代次数，若否则迭代步骤3至步骤8。2.根据权利要求1所述的一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法，其特征在于，所述步骤2，具体包括：所述哈希表包括飞行路径数据表、动态障碍物数据表、个体状态信息表和个体飞行时间数据表；飞行路径数据表存储有个体的个体编号和飞行路径数据，系统采用个体编号作为飞行路径数据表的关键字，采用飞行路径数据作为飞行路径数据表的地址集，可根据路径数据表的关键字直接访问飞行路径数据表的地址集；动态障碍物数据表存储有系统时间戳和个体的位置信息，系统采用系统时间戳作为动态障碍物数据表的关键字，采用个体的位置信息作为动态障碍物数据表的地址集，可根据动态障碍物数据表的关键字直接访问动态障碍物数据表的地址集；个体状态信息数据表存储有个体编号和个体的初始状态，系统采用个体编号作为个体状态信息数据表的关键字，采用个体的初始状态作为个体状态信息数据表的地址集，可根据个体状态信息数据表的关键字直接访问个体状态信息数据表的地址集；个体飞行时间数据表存储有个体编号和个体已飞行时长，系统采用个体编号作为个体
飞行时间数据表的关键字，采用个体已飞行时长作为个体飞行时间数据表的地址集，可根据个体飞行时间数据表的关键字直接访问个体飞行时间数据表的地址集。3.根据权利要求1所述的一种基于时域优先策略的无人机集群控制方法，其特征在于，所述步骤3，具体包括：系统判断当前迭代次数是否位于1
‑
7之间或13
‑
15之间，若是则控制个体执行常规任务，若否则判断...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪慧，叶超宇，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：