1.一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一、根据无人机群周围的环境信息构建三维占据栅格地图,并获取每个自由区域到最近障碍物的距离;
步骤二、获取跟踪目标和各无人机的位置,并构建各无人机的目标点;使用路径规划算法构建各无人机当前位置到目标点的最优路径;
步骤三、控制无人机根据最优路径运动;在无人机运动过程中,以无人机至跟踪目标的距离将无人机群中相邻无人机划分为前机和后机;分别设置前机的速度调整区域和位置调整区域;速度调整区域的范围大于位置调整区域的范围;若后机处于速度调整区域内,则调整后机的加速度以避免碰撞;若后机处于位置调整区域内,则调整后机的高度以避免碰撞,并重新获取最优路径;
所述的步骤三中,调整后的加速度aback(k)的获取方法如下:
;
其中,为正比例常数;k为运动过程中的采样时间;d(k)为前机和后机之间的距离;为无人机之间的最小安全距离;Pfront(k)为前机位置;Pback(k)为后机位置;
步骤四、重复步骤二和三,完成无人机对跟踪目标的协同编队追踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤三中,在无人机的期望高度、最小飞行高度以及最小避障高度中选取最大的高度作为调整后的高度;所述的期望高度的获取方式如下:;
其中,hback(k)为上一时刻后机高度;k为运动过程中的采样时间;为比例常数;d(k)为前机和后机之间的距离;为无人机之间的最小安全距离;
所述的最小避障高度为安全距离与无人机所处位置对应的障碍物高度之和。
3.根据权利要求1所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤二中,获取无人机的目标点的方法如下:分别获取各无人机的编队理想位置;若存在无人机当前位置与其编队理想位置之间的距离大于预设的容差因子,则各无人机以编队理想位置作为目标点;否则,更新各无人机的编队理想位置来缩小原有编队理想位置与跟踪目标的距离,以更新后的编队理想位置作为目标点。
4.根据权利要求3所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤二中,各无人机的编队理想位置的获取方法如下:根据跟踪目标的位置和编队设定多个预期位置;每个无人机均对应一个预期位置且距离跟踪目标越近的无人机,其对应的预期位置距离跟踪目标越近;以无人机对应的预期位置作为无人机的编队理想位置。
5.根据权利要求1所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤二中,在获取最优路径后,采用B样条方法对最优路径进行平滑优化,以最优路径上的路径点对作为B样条曲线控制点;根据平滑优化后的优化曲线获取最终轨迹;无人机沿着根据最优路径获取的最终轨迹运动。
6.根据权利要求1所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤二中,采用 A*算法获取无人机当前位置到目标点的最优路径。
7.根据权利要求1所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制方法,其特征在于:所述的步骤二中,采用抽稀算法对构建的最优路径进行路径裁剪。
8.一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制系统,包括多个无人机;每个无人机上均搭载有传感器模块和模型预测控制器;传感器模块用于检测无人机和跟踪目标的状态;模型预测控制器用于生成最终轨迹并控制无人机沿着最终轨迹运动;其特征在于:每个无人机上还搭载有分布式协作控制模块;所述的分布式协作控制模块通过调节无人机的高度和加速度来避免不同无人机之间的轨迹碰撞;该无人机集群协同编队控制系统用于执行权利要求1所述的无人机集群协同编队控制方法。
9.根据权利要求8所述的一种基于未知环境的无人机集群协同编队控制系统,其特征在于:所述的模型预测控制器包括路径规划模块、轨迹优化模块和运动控制模块;路径规划模块用于规划无人机至目标点的路径;轨迹优化模块用于对路径规划模块规划的路径进行平滑处理;运动控制模块用于控制无人机沿着轨迹优化模块获取的轨迹运动。