一种基于透光性假说的飞行器密集自主编队控制方法

摘要

本发明公开了一种基于透光性假说的飞行器密集自主编队控制方法，属于无人飞行器自主编队控制技术领域。为了解决现有多飞行器编队技术难于降低飞行器密集编队时的碰撞概率的问题，在研究群体防碰撞问题的基础之上，分析密集群体防碰撞的特殊性，根据自然界中动物的群体行为，提出了密集群体防碰撞机理的透光性假说，设计了透光性生成协议来生成表征编队中各节点透光性的透光系数；把透光性假说与模型预测控制编队控制器相结合，建立编队局部预测模型，设计LMPC编队控制器；将LMPC编队控制器和透光系数相结合，给出令各节点遵循透光性假说原理进行碰撞规避行为的透光规避算法，有效地降低了密集编队情况下的碰撞概率。

主权项

一种基于透光性假说的飞行器密集自主编队控制方法，其特征在于：包含基于透光性假说的透光性生成协议，LMPC编队控制器设计，以及LMPC编队控制器与透光性假说的结合的透光规避算法三部分内容；所述的LMPC是指局部模型预测控制器；对于飞行器编队来说，透光性的大小通过获得自由空间的可能性大小来衡量，用自由空间类比“光”，用透光系数C来表征透光性，用透光系数的生成过程来模仿透光的过程；具体地说，密集编队的拓扑结构用图G＝(E,ε)来表示，E为边集；ε为节点集；d_ij则表示节点ε_i与节点ε_j的距离；节点ε_i的近邻节点的集合为N(ε_i,k_max·ds)，即满足任取ε_j∈N(ε_i,k_max·ds)，有d_ij≤k_max·ds，k_max·ds为连接认定距离，其中ds为安全距离，k_max为间距的近邻认定调整系数；图G的边界点的集合为B(G,k_max·ds)；所述的基于透光性假说的透光性生成协议表示为：表征编队中节点ε_i透光性的透光系数C{ε_i}为：$C\left\{{ϵ}_i\right\}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{A\left({ϵ}_i\right|{ϵ}_{i\max })}{2\pi }·C\left\{{ϵ}_{i\max }\right\},& {ϵ}_i\notin B(G,k_{\max }·ds)\\ \frac{A\left({ϵ}_i\right)}{2\pi },& {ϵ}_i\in B(G,k_{\max }·ds)\end{array}\right.---\left(1\right)$其中ε_imax＝arg max(C{ε_j|ε_j∈N(ε_i,k_max·ds)})，表示透光系数最大的近邻节点，A(ε_i)为节点ε_i在二维平面内自由空间张角，A(ε_i|ε_imax)表示ε_imax落入自由空间后提供给节点ε_i的自由空间张角，C{ε_imax}表示透光系数最大的近邻节点ε_imax的透光系数。