一种高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统及方法
专利汇可以提供一种高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 为一种高亚音速无人 飞行器 多机协同编队控制系统及方法，所述系统可应用于高亚音速 无人飞行器 ，系统由高亚音速无人飞行平台、主控计算机、测控链路、地面站、协同控制中心等部分构成。高亚音速无人飞行平台作为载体和空中平台，主控计算机进行导航、制导与控制 算法 的运算，并操纵 舵 机等执行机构和 发动机 等部件，以保持对无人飞行平台的控制；测控链路用于无人飞行平台与协同控制中心之间的信息传输；地面站用于无人飞行器的遥测遥控；协同控制中心作为多机协同编队算法的运算和 人机交互 的平台，对无人飞行器编队进行监测和控制。本发明通过设计协同编队控制系统及方法，可实现不同类型高亚音速无人飞行器的自主协同编队飞行。，下面是一种高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统及方法专利的具体信息内容。
1.一种高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统，其特征在于包括：
协同控制中心；根据用户指定的任务与编队要求，进行协同航迹规划与编队控制解算，并实时将各飞行器的最新航路点与遥控指令下发给各飞行器对应的地面站；
若干地面站；获取其对应的飞行器的遥测数据，转发至协同控制中心，同时解析协同控制中心的协同编队控制指令，将遥控指令转发至其对应的飞行器；
若干测控链路；包括相互进行无线通信的测控链路地面端和测控链路机载端；测控链路地面端与地面站相连进行通信；测控链路机载端位于各飞行器上；
若干飞行器；飞行器上的无人飞行平台上设置有主控计算机和测控链路机载端；测控链路机载端与主控计算机通信连接；所述的主控计算机用于导航定位，并根据预定任务或地面站的操控指令进行制导与飞行器的位姿控制。
2.根据权利要求1所述的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统，其特征在于各地面站采用各自独立的测控链路与其一对一配对的飞行器进行通信，即各飞行器均配备有独立的测控链路和地面站。
3.根据权利要求1所述的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统，其特征在于测控链路采用频分的方式进行空地通信，各飞行器采用不同的上、下行工作频点，以确保相互之间不发生信号干扰；测控链路机载端采用各自的接口与主控计算机进行通信，测控链路地面端采用串口或UDP网络协议与地面站之间建立通信连接。
4.根据权利要求1所述的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统，其特征在于各飞行器与地面站之间均采用各自的通信协议；协同控制中心与各地面站之间采用统一的通信协议。
5.根据权利要求4所述的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统，其特征在于各地面站按照统一的协议格式，定时向协同控制中心上报各飞行器的数据，协同控制中心根据操作人员设置的编队飞行指令和各飞行器的实时数据，对各飞行器的航线和速度进行实时调整，最终采用统一的协议格式，将速度控制指令和航点修改指令下发至各地面站，各地面站将指令解析后转化为飞行器的遥控指令，从而完成飞行器的控制。
6.一种权利要求1所述系统的高亚音速无人飞行器多机协同编队汇聚方法，其特征在于所述的协同控制中心采用四维航迹规划方法实现汇聚和编队控制；具体规划流程如下：
1)确定飞行器的初始及目标状态信息，包括初始的位置、速度、航向、预计相对起飞时间；指定的目标位置、速度和航向；
2)确定表征飞行能力与安全包线的约束条件和空域边界范围；
3)在以上条件的约束下，求取各飞行器的最短Dubins飞行路径和飞行时间，并估计最快到达时间；
4)以预计最晚到达的无人飞行器的到达时间或指定的汇聚时间为基准，确定各飞行器的起飞时间及规定飞行时间；
5)根据各飞行器的起飞时间与规定飞行时间，按照最优的飞行速度规划三维Dubins飞行路径；所述的飞行路径由平飞段、转弯段、爬升/下滑段、螺旋上升/下降段组成；
6)对各飞行器的三维航线进行冲突检测，并对出现冲突的航线进行碰撞预测，若存在碰撞风险，再返回步骤5)，调整出现碰撞风险的飞行器的飞行速度以避免碰撞；当无法通过调整飞行速度规避碰撞时，通过调整飞行航路避免碰撞，直至无碰撞为止；
7)通过协同控制中心将规划好的航迹上传至各无人飞行器；
8)各飞行器依次起飞，并通过协同控制中心自动对航线进行实时动态调整，并自动经地面站发送至各飞行器的主控计算机，以不断调整汇聚航线与汇聚时间，直至各飞行器在规定时间和规定地点完成汇聚。
7.一种权利要求1所述系统的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制方法，其特征在于具体如下：
S1.制定协同控制中心与地面站之间的标准通信协议，协议包括遥测与遥控两大类，遥测信息包括导航定位参数、飞行器状态、航线数据、任务设备状态；遥控信息包括遥控、航线设置、状态查询指令；
S2.将协同控制中心通过以太网与各飞行器的地面站建立连接，各地面站通过测控链路分别与各飞行器的机载主控计算机进行无线通信；
S3.各飞行器上电并进行起飞前状态确认与参数设置；
S4.通过协同控制中心设置飞行任务、飞行区域、规定航段、编队队形及参数，然后通过协同控制中心对各飞行器的汇聚段、编队飞行段与回收段的飞行航迹进行协同规划，其中:
在汇聚段，采用权利要求6所述的方法进行协同规划；
在编队飞行段，通过协同控制中心对各飞行器的速度与航迹进行控制，从而形成、保持和变换队形，具体方法如下：
1)根据协同控制中心规划的4维航迹，构建编队几何中心点的期望运动轨迹与速度序列；
2)结合队形参数与编队几何中心点的期望4维航迹，计算各飞行器的期望运动轨迹与速度序列；
3)协同控制中心根据各飞行器的期望运动轨迹与实际运动轨迹，对相对位置进行控制，给出姿态设定值与速度设定值，并转化为遥控指令，经地面站发送至各飞行器；
4)各飞行器根据遥控指令，通过操纵舵面与发动机，对姿态和速度进行闭环控制；
5)反复进行第3)和4)步，以实现各飞行器的协同编队控制；
在回收段，协同控制中心根据各飞行器的飞行时间与剩余油量，排布回收顺序，以使各飞行器有序、安全地进入回收过程。
8.如权利要求7所述系统的高亚音速无人飞行器多机协同编队控制方法，其特征在于：
回收段的回收顺序为：对于续航能力相同的飞行器而言，起飞较早的飞行器优先进入回收；
对于续航能力不同的飞行器而言，续航时间较短的飞行器的起飞时间尽可能晚，而进入回收的时间尽可能早。
一种高亚音速无人飞行器多机协同编队控制系统及方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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