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专利号: 2022100154061
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-06-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,包括步骤:步骤1:建立无人机编队间紫外光通信链路;

步骤2,在紫外光通信链路下、无人机编队队形保持期间采用人工势场法进行队形保持;

步骤3,在队形保持期间每架无人机通过无线紫外光通信链路向所有邻居节点预广播下一时刻位置信息与速度信息本机状态,接收到广播信息后的无人机计算与广播来源无人机之间的状态是否触发防碰撞约束条件。若触发,则按照相对距离过小的控制策略和航线相交的控制策略进行防碰撞处理。

步骤4,编队中无人机确认是否完成队形重构,若未完成则转步骤3;若已完成,结束队形重构过程。

2.如权利要求1所述的无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,所述步骤1具体的为:

步骤1.1:搭建半球型紫外LEDs阵列,每个无人机上搭载的半球型紫外LEDs阵列的每个发送节点生成请求信息帧,依次按纬向和经向扫描式发送M个、N个请求信息帧,直到收到回应该节点的应答信息帧;

步骤1.2:其他无人机通过全向接收机接收请求信息帧,接收到请求信息的节点将来自同一节点发出的接收信号最强的经向、纬向编码组成一组方向坐标,表明该信息由发送节点的此方向处LED发送。接收节点需要发送回应该请求信息的应答信息帧,发送方式与步骤

1中的方式完全相同,直到接收到确认信息帧停止发送;

步骤1.3:当步骤1.1的发送节点接收到步骤1.2中接收节点发送的应答信息帧后,可以确认该接收节点相对于本节点的方向坐标,此时发送节点已单向发现该接收节点。发送节点需生成确认信息帧并直接通过步骤1.3中接收节点的方向坐标发送该确认信息帧,无需扫描;

步骤1.4:步骤1.2中的接收节点接收到该确认信息帧后,可以获得步骤1.1中接收节点相对于本节点的方向坐标,此时双方已互相发现,成功建立起无人机之间的通信链路。

3.如权利要求2所述的无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,所述步骤1.1中半球型紫外LEDs阵列半球形LEDs阵列顶端安装一个全向光接收机,表面包括M个纬线和N个经线,在每个经纬线相交处安装紫外LED,每个LED根据所在经纬线的位置进行编号。

4.如权利要求1所述的无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,所述步骤2具体的为:

飞行过程中无人机编队通信网络为编队的队形保持提供可靠信息保障,考虑由n架相同型号的无人机组成编队表示为{UAV1,UAV2,...,UAVi,...,UAVn},机载无线紫外光通信节点用节点集V表示,无人机间的通信链路用边集合E表示;且每架无人机具有相同的通信半径R,所有向编队飞行中UAVi通信的无人机构成其邻域几何Ni={j∈V||qj‑qi||<R},其中qi、qj表示UAVi、UAVj的位置向量,UAVi能够获得邻域内无人机信息如位置、速度、姿态,那么在时刻t无人机编队通信链路图可表示为无向图G(t);假定存在常数r和ε满足ε>0和0<r<R‑ε,一架无人机的通信区域划分为几个同心圆,半径属于[0,r)时为碰撞规避区,半径属于[r,R‑ε)时为连接添加区,半径属于[R‑ε,R)时为连接保持区,半径属于[R,∞)时为连接删除区;

定义网络中通信连接的添加和删除规则如下:(1)初始边满足||qij(t)||∈[r,R),则(i,j)∈E(0)。

(2)如果 且||qij(t)||∈[r,R‑ε),则(i,j)∈E(t)。

(3)如果(i,j)∈E(t)且||qij(t)||∈[R,∞),则‑

其中,qij(t)=qi‑qj表示UAVi和UAVj间的相对位置向量,t代表网络拓扑前一时刻;

假设UAVi的速度向量为pi,UAVi的控制向量ui为:ui=αi+βi+γi。其中,势函数梯度项αi的作用是使所有的无人机达到期望的队形和保持网络连通性;一致项βi的作用是使所有的无人机速度达到一致;γi保证无人机与障碍物之间避免碰撞。

5.如权利要求1所述的无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,所述相对距离过小的控制策略为:若两架无人机的相对距离小于最小阈值R_min,则在两无人机当前航向上分别增加一个远离另一无人机的速度分量。

6.如权利要求1所述的无线紫外光防撞预警的无人机编队队形保持方法,其特征在于,所述航线相交的控制策略为:若两架无人机的相对距离大于最小阈值R_min,但航线即将相交,有可能发生碰撞。此时有两种策略,一种为调整航向,另一种为调节速度。一般情况下,无人机飞行路径是提前计算好的,若更改航向有可能对其他无人机路径造成干扰,因此通常采用调节速度的控制策略:当两架无人机航线即将相交时,距离可能发生碰撞位置较远的无人机控制速度减小,另一架无人机加速通过该位置,则可以避免碰撞的发生。