通信距离受限下无人机集群轨迹分布式滚动规划

作     者：徐广通 孟子阳 龙腾 王祝 孙景亮 Guangtong XU;Ziyang MENG;Teng LONG;Zhu WANG;Jingliang SUN

作者机构：清华大学精密仪器系北京100084 北京理工大学宇航学院北京100081 飞行器动力学与控制教育部重点实验室北京100081 华北电力大学(保定)自动化系保定071003 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:61903033,U19B2029,61873140) 北京市自然科学基金(批准号:JQ20013)资助项目 

出 版 物：《中国科学：信息科学》 (Scientia Sinica(Informationis))

年 卷 期：2022年第52卷第8期

页      码：1527-1541页

摘      要：针对通信距离受限下无人机集群轨迹规划时效性与安全性问题,本文构建了分布式滚动规划框架,提出了局部优先级解耦的序列凸优化方法(local-priority-decoupled sequential convex programming,LPD-SCP),将集群轨迹规划问题分解为一系列短时域单机凸优化子问题,在保证求解效率的基础上确保了轨迹的安全性.本文推导了确保飞行安全的可行规划时域长度,设计了通信距离受限的局部优先级解耦机制,根据通信状态动态调整邻域内无人机规避优先级,实现通信距离受限下的机间避撞.更进一步,定制了轨迹时间一致协调策略,通过更新飞行时间下边界约束,实现邻域内无人机飞行时间一致性.理论分析了所提LPD-SCP能够通过多次滚动规划获得满足约束的集群轨迹.数值仿真试验结果表明:LPD-SCP能够在通信距离受限条件下规划出满足飞行动力学、机间避碰与时间一致约束的协同轨迹,且15架无人机短时域集结轨迹生成时间不大于4 s.

主 题 词：集群轨迹规划 通信距离受限 滚动规划架构 局部优先级解耦 序列凸优化 

学科分类：08[工学] 082503[082503] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SSI-2021-0251

馆 藏 号：203113898...