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专利号: 201911169907X
申请人: 西北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种多无人机目标定位的航路规划方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤一、由无人机的导航系统获取无人机的位置信息,搜索得到的地面固定目标位置;

获取无人机的飞行速度、最大滚转角以及绕固定目标飞行的轨迹圆半径作为初始化参数;

步骤二、根据无人机的飞行速度v、最大滚转角 由公式 计算得到无

人机的最小转弯半径r,轨迹圆半径R;

无人机UAV1直接沿着UAV1与固定目标G所在直线飞行,考虑到最小转弯半径,无人机在航迹点UAV1_P1处开始沿最小转弯半径所形成的最小转弯圆C1飞行,C1与轨迹圆相切;UAV1与目标所在直线与最小转弯圆C1相切,由UAV1与G所在直线的法线与最小转弯半径得到C1的圆心位置;UAV在一个圆上逆时针飞行,飞入与该圆外切的另一圆时,飞行方向会由逆时针变为顺时针;而无人机在飞行时向左绕最小转弯圆飞行会沿逆时针飞行;C1的圆心位置计算公式如下:其中kUAV1_G是UAV1与G所在直线的斜率,xC1、yC1分别为C1圆心的横坐标和纵坐标;如果x1大于x_goal,式中进行加运算,反之进行减运算;

之后UAV1一直绕C1飞行,然后进入轨迹圆;航迹点UAV1_P1由无人机与固定目标所在直线及最小转弯半径以及轨迹圆半径求得:式中kUAV1_C1为UAV1与C1圆心所在直线的斜率,xUAV1_P1、yUAV1_P1分别为航迹点UAV1_P1的横坐标和纵坐标;

步骤三、由一号最小转弯圆C1的圆心位置及目标位置得到多架无人机进入轨迹圆的航迹点,公式如下:式中n为需要规划的无人机的个数,m为当前计算的第m架无人机,kC1_G为C1圆心与目标所在直线的斜率,xUAV_P2、yUAV_P2分别为某架无人机进入轨迹圆的航迹点的横坐标和纵坐标;

无人机通过无人机相对目标的方位来做判断以便使用两点法和反正切arctan方法求得航迹点UAV1_P2与固定目标所在直线的角度,然后求从航迹点UAV1_P1到航迹点UAV1_P2所转过的弧度theta1,公式如下:如果xC1大于x_goal,theta1需要加上π;如果x1小于xC1,theta1需要减去π;此时如果theta1小于0,那么theta1需要加上2π;

得到轨迹圆上的其余两架无人机进入轨迹圆的航迹点UAV1_P2、UAV2_P2、UAV3_P2位置如下:步骤四、由航迹点UAV2_P2、UAV3_P2、固定目标位置轨迹圆半径R以及最小转弯半径r解算出二号最小转弯圆C2的圆心坐标,公式如下:其中kC2_G为C2的圆心与G所在直线的斜率,由于C2圆心、目标G以及UAV2切入轨迹圆的航迹点UAV2_P2也就是C2与轨迹圆的交点这三点共线;

然后利用三角函数中的反余弦函数及勾股定理得到UAV2、UAV3进入它们的最小转弯圆的航迹点UAV2_P1、UAV3_P1,公式如下:其中kUAV2_C1为UAV2与C1圆心所在直线的斜率;已知航迹点UAV2_P1、UAV3_P1、C2以及C3的圆心位置,根据反正切arctan函数的特性,需要判断UAV2_P1、UAV3_P1在圆上的角度是否需要加π;然后分别计算UAV2从航迹点UAV2_P1到航迹点UAV2_P2所转过的角度theta2,以及UAV3从航迹点UAV3_P1到航迹点UAV3_P2所转过的角度theta3;

步骤五、计算每架无人机沿直线从{[x1,y1],[x2,y2],[x3,y3]}到航迹点{UAV1_P1,UAV2_P1,UAV3_P1}以及沿最小转弯半径从航迹点P1曲线飞行到航迹点{UAV1_P2,UAV2_P2,UAV3_P2}的路程length1、length2、length3,其中length1的公式如下:Length2、length3的计算方法与length1相同;

假设距离固定目标最近的无人机只能绕最小转弯圆C1飞行,那么设它在到达航迹点UAV1_P1时,还需要继续绕n圈,而其余两架无人机可以绕任意半径大于最小转弯半径的圆C4、C5,并且在他们绕完这个大转弯圆后进入轨迹圆;

设置一个循环语句,循环条件为另两架无人机的转弯圆半径Rc2,、Rc3不小于最小转弯半径r,每次循环距离固定目标最近的无人机所绕最小转弯圆加1,然后计算另外两架无人机的转弯圆半径R以及圆心位置;Rc2、Rc3计算公式如下:无人机从初始位置进入轨迹圆所花费的飞行时间为:

time=(length2+2·π Rc2)/v                   (12)无人机从初始位置到进入轨迹圆的总路程为:

length=length2+2·π Rc2                    (13)至此,航迹规划结束。