一种无人机集群的同步协调控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及人工智能技术，揭露了一种无人机集群的同步协调控制方法及系统，所述方法包括：生成无人机集群的初始编队队形；获取飞行环境，并判断飞行环境中是否存在障碍物；当不存在障碍物，将无人机集群按照初始编队队形飞行至目标位置；当存在障碍物，监测每架无人机与障碍物的最小距离，当最小距离小于预设的阈值时，对无人机集群中与障碍物距离最小的无人机进行位置调整，得到更新编队队形；当无人机集群按照更新编队队形继续飞行的过程中存在障碍物时，返回当飞行环境中存在障碍物的步骤，直到将无人机集群按照更新编队队形飞行至目标位置。本发明专利技术可以提高无人机集群协调控制的效率。的效率。的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机集群的同步协调控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及人工智能
，尤其涉及一种无人机集群的同步协调控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着无人机的不断发展，无人机在各行各业具有强大的应用，尤其无人机在完成任务时突出了重大作用，但为了提高无人机执行任务的效率，需要将多架无人机进行协调配合执行任务。
[0003]现有的无人机集群的同步协调控制方法多为基于通过地面指挥站统一控制无人机集群的飞行。例如，地面指挥站向无人机集群中的每架无人机发送信号，以进行无人机位置的调整。但实际应用中，无人机集群中每架无人机之间需要进行通信，仅考虑无人机的单向通信，可能导致对无人机之间的通信交流过于疏忽，从而对进行无人机集群协调控制时的效率较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种无人机集群的同步协调控制方法及系统，其主要目的在于解决进行可以解决进行无人机集群协调控制时的效率较低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的一种无人机集群的同步协调控制方法，包括：
[0006]S1、获取预设的无人机集群的飞行任务及所述无人机集群中每架无人机的初始方向及初始位置坐标，根据所述飞行任务、所述初始方向及所述初始位置坐标生成所述无人机集群的初始编队队形；
[0007]S2、获取所述无人机集群中每架无人机的协调控制指令，以及获取所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的飞行环境，并判断所述飞行环境中是否存在障碍物，其中，所述获取所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的飞行环境，包括：
[0008]S21、利用无人机携带的激光雷达扫描设备采集所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的环境影像；
[0009]S22、利用如下的图像缩小算法对所述环境影像进行缩小，得到缩小环境影像：
[0010][0011]其中，g(x,y)为所述缩小环境影像的映射像素坐标，f
t
为第t个像素点的权值，x
t
为第t个像素点的横坐标，y
t
为第t个像素点的纵坐标，n为所述环境影像的像素点数量；
[0012]S23、对所述缩小环境影像进行滤波处理，得到滤波影像，将所述滤波影像作为所述飞行环境；
[0013]S3、当所述飞行环境中不存在障碍物，根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行至目标位置；
[0014]S4、当所述飞行环境中存在障碍物，监测每架无人机与所述障碍物的最小距离，当所述最小距离小于预设的阈值时，根据所述协调控制指令对所述无人机集群中与所述障碍物距离最小的无人机进行位置调整，得到更新编队队形；
[0015]S5、当所述无人机集群按照所述更新编队队形继续飞行的过程中存在障碍物时，返回S4步骤，直到根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述更新编队队形飞行至目标位置。
[0016]可选地，所述根据所述飞行任务、所述初始方向及所述初始位置坐标生成所述无人机集群的初始编队队形，包括：
[0017]根据所述飞行任务选取所述无人机集群中一个无人机作为领航无人机；
[0018]确定无人机集群中其他无人机与所述领航无人机的相对方向及相对距离；
[0019]将所述无人机集群中每架无人机的所述初始方向及所述初始位置坐标按照所述相对方向及所述相对距离进行调整，得到每架无人机的调整方向及调整位置坐标；
[0020]根据所述调整方向及所述调整方向位置坐标确定所述无人机集群的初始编队队形。
[0021]可选地，所述判断所述飞行环境中是否存在障碍物，包括：
[0022]确定所述飞行环境中的无人机集群飞行的威胁度；
[0023]当所述威胁度大于等于预设的阈值时，所述飞行环境中存在障碍物；
[0024]当所述威胁度小于所述阈值时，所述飞行环境中不存在障碍物。
[0025]可选地，所述根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行至目标位置，包括：
[0026]获取所述目标位置的最终位置坐标；
[0027]利用如下的方向矢量公式根据所述初始目标位置及所述最终位置坐标确定所述初始编队队形中每架无人机飞行的方向矢量：
[0028][0029]其中，(x1，y1，z1)为所述方向矢量，(x
t
，y
t
，z
t
)为所述初始目标位置，(x
k
，y
k
，z
k
)为所述最终位置坐标；
[0030]根据所述协调控制指令将所述无人机集群中每架无人机按照所述方向矢量飞行至目标位置。
[0031]可选地，所述监测每架无人机与所述障碍物的最小距离，包括：
[0032]获取所述障碍物的障碍位置；
[0033]监测每架无人机的飞行位置与所述障碍位置的距离值；
[0034]选取所述距离值最小的距离为所述最小距离。
[0035]可选地，所述根据所述协调控制指令对所述无人机集群中与所述障碍物距离最小的无人机进行位置调整，得到更新编队队形，包括：
[0036]利用如下的距离算法确定所述无人机集群中每架无人机与所述障碍物的安全距离：
[0037][0038]其中，D为所述安全距离，D0为所述障碍物的半径，D
u
为无人机半径，τ为无人机系统信息不确定性所需具备的距离，H
v
为调整相对速度的控制参数，H
α
为调整相对夹角的控制参数，为无人机相对于障碍物的运动速度，α为无人机飞行速度与无人机到障碍物连线的夹角，cos为余弦函数；
[0039]将与所述障碍物距离最小的无人机的距离调整至安全距离；
[0040]根据所述安全距离确定所述无人机集群的更新编队队形。
[0041]可选地，所述根据所述安全距离确定所述无人机集群的更新编队队形，包括：
[0042]利用如下的作用力算法确定所述无人机集群中相邻无人机的编队作用力：
[0043][0044]其中，F为所述编队作用力，r
min
为无人机在飞行区域中飞行半径的半径最小值，r
max
为无人机在飞行区域中飞行半径的最大值，r为无人机在排斥域飞行的半径，r1为无人机在吸引域飞行的半径，p
ij
为无人机j与无人机i的相对距离，m为无人机集群中无人机的数量，q
i
为无人机i的虚拟力，q
j
为无人机j的虚拟力；
[0045]根据所述安全距离及所述编队作用力确定所述无人机集群的更新编队队形。
[0046]为了解决上述问题，本专利技术还提供一种无人机集群的同步协调控制系统，所述系统包括：
[0047]初始编队队形生成模块，用于获取预设的无人机集群的飞行任务及所述无人机集群中每架无人机的初始方向及初始位置坐标，根据所述飞行任务、所述初始方向及所述初始本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人机集群的同步协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取预设的无人机集群的飞行任务及所述无人机集群中每架无人机的初始方向及初始位置坐标，根据所述飞行任务、所述初始方向及所述初始位置坐标生成所述无人机集群的初始编队队形；S2、获取所述无人机集群中每架无人机的协调控制指令，以及获取所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的飞行环境，并判断所述飞行环境中是否存在障碍物，其中，所述获取所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的飞行环境，包括：S21、利用无人机携带的激光雷达扫描设备采集所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行过程中的环境影像；S22、利用如下的图像缩小算法对所述环境影像进行缩小，得到缩小环境影像：其中，g(x,y)为所述缩小环境影像的映射像素坐标，f
t
为第t个像素点的权值，x
t
为第t个像素点的横坐标，y
t
为第t个像素点的纵坐标，n为所述环境影像的像素点数量；S23、对所述缩小环境影像进行滤波处理，得到滤波影像，将所述滤波影像作为所述飞行环境；S3、当所述飞行环境中不存在障碍物，根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行至目标位置；S4、当所述飞行环境中存在障碍物，监测每架无人机与所述障碍物的最小距离，当所述最小距离小于预设的阈值时，根据所述协调控制指令对所述无人机集群中与所述障碍物距离最小的无人机进行位置调整，得到更新编队队形；S5、当所述无人机集群按照所述更新编队队形继续飞行的过程中存在障碍物时，返回S4步骤，直到根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述更新编队队形飞行至目标位置。2.如权利要求1所述的无人机集群的同步协调控制方法，其特征在于，所述根据所述飞行任务、所述初始方向及所述初始位置坐标生成所述无人机集群的初始编队队形，包括：根据所述飞行任务选取所述无人机集群中一个无人机作为领航无人机；确定无人机集群中其他无人机与所述领航无人机的相对方向及相对距离；将所述无人机集群中每架无人机的所述初始方向及所述初始位置坐标按照所述相对方向及所述相对距离进行调整，得到每架无人机的调整方向及调整位置坐标；根据所述调整方向及所述调整方向位置坐标确定所述无人机集群的初始编队队形。3.如权利要求1所述的无人机集群的同步协调控制方法，其特征在于，所述判断所述飞行环境中是否存在障碍物，包括：确定所述飞行环境中的无人机集群飞行的威胁度；当所述威胁度大于等于预设的阈值时，所述飞行环境中存在障碍物；当所述威胁度小于所述阈值时，所述飞行环境中不存在障碍物。4.如权利要求1所述的无人机集群的同步协调控制方法，其特征在于，所述根据所述协调控制指令将所述无人机集群按照所述初始编队队形飞行至目标位置，包括：
获取所述目标位置的最终位置坐标；利用如下的方向矢量公式根据所述初始目标位置及所述最终位置坐标确定所述初始编队队形中每架无人机飞行的方向矢量：其中，(x1，y1，z1)为所述方向矢量，(x
t
，y
t
，z
t
)为所述初始目标位置，(x
k
，y
k
，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜峰，胡涛，张宏飞，李贤，钱钧，
申请(专利权)人：杭州国科骏飞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：