赵军民, 何浩哲, 王少奇, 聂聪, 焦迎杰

(1.西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072; 2.西安现代控制技术研究所, 陕西 西安 710065)

0 引言

经过几十年的发展,无人机(UAV)技术日趋成熟,可以在复杂环境执行多样化任务[1-2]。在侦察监视、对抗打击、城市反恐和海上搜救等诸多任务场景中,UAV都需要对目标进行持续跟踪[3-5]。随着UAV间通信技术和协同控制技术的不断进步,采用多架UAV协同执行目标跟踪任务,可以增大对目标的观测面积,提高对目标状态的估计精度,提升对复杂环境的适应能力,因此受到广泛关注[6-8]。

对于固定翼UAV,在多个UAV协同执行目标跟踪任务时,常令它们按照一定的相位关系在目标上方具有指定半径的Standoff圆上进行盘旋跟踪,这种方式也称为Standoff跟踪。文献[9]针对多UAV对地面目标进行Standoff跟踪的航迹规划问题,设计了两个Lyapunov导引向量场(LGVF),控制各架UAV以期望相位关系收敛到目标上方的Standoff圆上,绕目标进行跟踪,这种方法只适用于无障碍物存在的理想环境。

UAV在低空执行任务时,常存在影响飞行的障碍物,且具有密集性、非凸性、动态性和不确定性[10],因此在多UAV进行目标跟踪时,需要进行避障航迹规划。人工势场(APF)法由于具有计算量小和航迹光滑等优点,已成为最常用的UAV避障航迹规划算法之一[11]。但是由于在APF法中没有障碍包络的设定,依赖调整力场生成航迹,当力场参数调整不当时UAV有可能进入障碍内部,导致避障失败[12]。在进行多UAV目标跟踪和避障联合航迹规划时,有学者提出了基于扰动流场的航迹规划方法[13-14],将目标跟踪速度作为初始汇流速度,通过修正汇流速度得到的扰动流场速度即可作为UAV速度指令。……