基于速度矢量场的无人机编队防碰撞控制方法

2020-10-21张岑曹东施书成

机械制造与自动化 2020年5期

张岑，曹东，施书成

(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京 211106)

0 引言

无人机是一种无人驾驶飞行器，主要由无线电遥控或自身程序控制[1]。无人机具有适应性强、安全性好、成本相对较低、隐蔽性好等特有的优势，在民用领域和军事领域都受到了重用[2]。与单个无人机相比，多个无人机协同飞行可以大大提高任务执行效率，因此无人机编队飞行控制技术受到广泛关注。安全性是无人机编队系统优劣的一项关键评价指标，所以在无人机编队系统中加入防碰撞控制方法很有必要。

目前，在无人机编队控制领域，出现了很多不同的队形控制方法，常用的方法有leader-follower法、基于行为法、虚拟结构法以及图论法等，每一种控制方法都有其优缺点。leader-follower法就是指定编队中的一架无人机为长机，其余无人机为僚机。长机在获得地面站发出的指令后，按照指定航迹进行飞行，其余僚机只需跟随长机的运动状态变化即可，包括速度变化、航向变化和高度变化[3]。相比其他方法，该方法原理简单、可控性强、灵活性较好。

本文采用leader-follower队形控制策略、双向通信的的信息交互拓扑，对一架长机、两架僚机组成的无人机编队进行研究。针对无人机编队过程中的机间碰撞问题，构建了速度矢量场模型，给出编队防碰撞控制方法。根据防碰撞方法，在C#平台上搭建了多机编队的仿真系统，通过仿真验证自主防碰撞控制方法的准确性和有效性。