通信延迟下多无人机协同实时航路规划方法

摘要

本发明公开了一种通信延迟下多无人机协同实时航路规划方法，首先设置无人机数据、障碍数据和目标点数据，生成数字地图；然后执行同时到达约束，得到各无人机的飞行速度；执行通信延迟约束，得到无人机间距范围；执行A*算法，得到各无人机下一步航路；判断是否满足避撞约束和通信距离限制，最终判断是否到达目标点。本发明能够使多无人机在通信延迟下，从不同地点起飞，同时到达同一目标点，途中能够规避障碍，避免无人机间的碰撞，同时能够保持无人机间的通信。

主权项

一种通信延迟下多无人机协同实时航路规划方法，其特征在于包括下述步骤：本方法执行的时间步长为Δt，初始时间步长为Δt₀，参与航路规划的无人机类型相同，无人机均飞行在相同高度，无人机的速度变化范围为v∈(v_min,v_max)，无人机间的最小安全距离为d_min，最大通信限制距离为d_max，执行通信延迟后，无人机间最小距离为d'_min，最大距离为d'_max；步骤1：设置无人机数据、障碍数据和目标点数据，生成数字地图；无人机数据包括：无人机数量n，无人机初始位置坐标(x_i,y_i)，i＝1,2,…,n；障碍数据包括：障碍数量m，障碍圆中心坐标(x_j,y_j)，半径r_j，j＝1,2,…,m；目标点数据包括：目标点位置坐标(x,y)；步骤2：执行同时到达约束，得到各无人机的飞行速度v_i，v_i∈(v_min,v_max)，包括以下步骤：1)使用A*算法规划出各无人机在时间步长Δt下到目标点的最短路径；2)计算v∈(v_min,v_max)，每条路径对应的飞行时间集S_ti，i＝1,2,…,n；3)判断S_t1，S_t2，S_t3，…，S_tn是否有交集，若没有交集，进入步骤4)，若有交集，进入步骤5)；4)改变时间步长，在Δt基础上增加Δt₀，转到步骤1)；5)取S_t1，S_t2，S_t3，…，S_tn交集中使得J最小的t作为协同变量，t是无人机从初始点到目标点的飞行时间；其中为多无人机协同的代价函数，J_i是第i架无人机的飞行路径代价，x_i是它的飞行路径，v_i是它的飞行速度；6)取协同变量t对应的v为每架无人机的飞行速度；步骤3：执行通信延迟约束，得到相邻两无人机间距范围d'_min＝d_min+(v₁+v₂)t_d，d'_max＝d_max‑(v₁+v₂)t_d，其中v₁，v₂是相邻两无人机的速度，t_d是通信延迟时间；步骤4：执行A*算法，得到各无人机下一步航路步骤5：计算$d=\sqrt{{(x_1^{\left(p\right)}-x_2^{\left(p\right)})}^2+{(y_1^{\left(p\right)}-y_2^{\left(p\right)})}^2},$其中，和是任意相邻两架无人机的实时位置坐标；如果d≤d'_min，两架无人机在遵循最大航迹倾斜角约束和不进入障碍区域的前提下，向增大两机距离的方向各运动一个路径步长，路径步长等于无人机速度乘以时间步长，转到步骤2；否则转到步骤6；步骤6：如果d≥d'_max，两架无人机在遵循最大航迹倾斜角约束和不进入障碍区域的前提下，向减小两机距离的方向各运动一个路径步长，转到步骤2；否则转到步骤7；步骤7：如果到达目标点，否则转到步骤4。