基于视野和速度引导的无人机集群避障算法.docx

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2024-12-02 发布于北京
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第36

第36卷第3期2024年3月

Vol.36No.3Mar.2024

JournalofSystemSimulation

基于视野和速度引导的无人机集群避障算法

桂雪琪，李春涛*

(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京211106)

摘要：在未来的多无人机(unmannedaerialvehicle,UAV)空中作战中，无人机集群在未知空域中安全飞行是集群研究中的重要内容。针对无人机集群避障以及集群形态保持问题，提出了一种基于视野和速度引导(visualfieldandvelocityguidance,VFVG)的集群避撞算法。基于视野法设计集群自适应通讯拓扑机制，结合远吸近斥势力原则及一致性方法，在保持集群形态的同时，加速了集群无人机个体间的避障信息的传递。在此基础上，提出将极限环与人工势场法相结合构造避障速度引导项，解决了集群遇障分群困难、避障徘徊停滞等问题。引入避障时间指标，验证了算法的避障效率。仿真结果表明，该方法能够使多无人机以良好的集群形态安全快速平稳地通过复杂障碍区域，有效提高了集群避障成功率和避障效率。

关键词：无人机集群；视野法；人工势场；速度引导；局部极值

中图分类号：V279；TP391.9文献标志码：A文章编号：1004-731X(2024)03-0545-10

DOI:10.16182/j.issn1004731x.joss.22-1287

引用格式:桂雪琪,李春涛.基于视野和速度引导的无人机集群避障算法[J].系统仿真学报,2024,36(3):545-554.

Referenceformat:GuiXueqi,LiChuntao.UAVSwarmObstacleAvoidanceAlgorithmBasedonVisualFieldandVelocityGuidance[J].JournalofSystemSimulation,2024,36(3):545-554.

UAVSwarmObstacleAvoidanceAlgorithmBasedonVisualFieldandVelocityGuidance

GuiXueqi,LiChuntao*

(CollegeofAutomationEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing211106,China)

Abstract:Inthefutureaerialcombatofmultipleunmannedaerialvehicles(UAVs),thesafeflightofUAVswarminunknownairspaceisanimportantcontentofswarmresearch.InviewofavoidingobstaclesandmaintainingbehaviorintheUAVswarmsystem,thispaperpresentsaUAVswarmcollisionavoidancealgorithmbasedonvisualfieldandvelocityguidance(VFVG).Theswarmadaptivecommunicationtopologymechanismisdesignedbasedonthevisualfieldmethod.Combinedwiththeprincipleoffarattractionandnearrepulsionandtheconsensusmethod,themechanismcanacceleratethetransmissionofobstacleavoidanceinformationamongUAVswarmswhilemaintainingthebehavior.Onthisbasis,thelimitcycleiscombinedwiththeartificialpotentialfieldmethodtoconstructtheobstacleavoidancevelocitygu