改進(jìn)APF與Bezier相結(jié)合的多無(wú)人機(jī)協(xié)同避碰航路規(guī)劃

楊 勇, 丁 勇, 黃鑫城

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 211106)

0 引言

多無(wú)人機(jī)協(xié)同目標(biāo)追蹤與避障是指多架無(wú)人機(jī)協(xié)同合作對(duì)目標(biāo)進(jìn)行追蹤并在追蹤過(guò)程中規(guī)避障礙物，是無(wú)人機(jī)協(xié)同合作領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，在軍用和民用領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1]。針對(duì)多無(wú)人機(jī)目標(biāo)追蹤與防碰撞問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究。文獻(xiàn)[2]將支持向量機(jī)與人工勢(shì)場(chǎng)法結(jié)合，采用球面對(duì)稱函數(shù)構(gòu)建無(wú)人機(jī)導(dǎo)航模型，使得多架無(wú)人機(jī)無(wú)碰撞飛行；文獻(xiàn)[3]基于認(rèn)知博弈制導(dǎo)算法，建立無(wú)人機(jī)與入侵機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，將無(wú)人機(jī)機(jī)間防碰問題轉(zhuǎn)化為雙方博弈問題，實(shí)現(xiàn)多無(wú)人機(jī)自主防碰撞。卡爾曼濾波預(yù)測(cè)算法也是解決多無(wú)人機(jī)防碰撞問題的一種有效方法。文獻(xiàn)[4]基于流體擾動(dòng)計(jì)算與交互多模型相結(jié)合，完成多無(wú)人機(jī)三維環(huán)境下的無(wú)碰撞航路規(guī)劃；文獻(xiàn)[5]采用自適應(yīng)卡爾曼算法預(yù)測(cè)僚機(jī)的狀態(tài)進(jìn)而控制僚機(jī)機(jī)動(dòng)，當(dāng)無(wú)人機(jī)編隊(duì)過(guò)程中機(jī)間距離過(guò)近時(shí)，僚機(jī)便迅速做出規(guī)避動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)編隊(duì)互不碰撞。人工勢(shì)場(chǎng)法是一種虛擬力法，由于算法簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，能夠保證路徑安全等特點(diǎn)，在路徑規(guī)劃中得到應(yīng)用，但該算法也存在規(guī)劃路徑振蕩等問題[6]。針對(duì)這些問題不少學(xué)者進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[7]模擬橡皮條的拉緊法去除機(jī)器人行駛路徑的冗余節(jié)點(diǎn)，并用對(duì)稱多項(xiàng)式處理得到平滑路徑；文獻(xiàn)[8]在圓錐曲線引力場(chǎng)函數(shù)的基礎(chǔ)上增加一個(gè)指數(shù)項(xiàng)到引力場(chǎng)函數(shù)中，消除了奇異值點(diǎn),避免了抖動(dòng)現(xiàn)象。……