本發(fā)明涉及多無人機(jī)編隊(duì)飛行控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于隊(duì)形庫的多無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)方法。

背景技術(shù)：

多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)能極大拓展無人機(jī)的性能和應(yīng)用領(lǐng)域，在協(xié)同偵查、災(zāi)害搜救、環(huán)境監(jiān)測、飛行表演等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力；而從技術(shù)本身的發(fā)展來看，多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)代表著無人機(jī)的自主能力達(dá)到了5級以上，具備了較高的智能化水平。編隊(duì)隊(duì)形直接影響到飛行任務(wù)的完成效果，例如在軍用領(lǐng)域，橫形編隊(duì)有利于擴(kuò)大偵查搜索范圍，縱形編隊(duì)則有利于減小雷達(dá)反射面積；而在飛行表演領(lǐng)域，大規(guī)模無人機(jī)群需要完成多種復(fù)雜編隊(duì)隊(duì)形的生成、保持和變換。因此，編隊(duì)隊(duì)形設(shè)計(jì)是多機(jī)協(xié)同編隊(duì)飛行的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。

然而當(dāng)前針對多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的研究大多集中于其協(xié)同架構(gòu)的研究，卻幾乎沒有涉及編隊(duì)隊(duì)形快速設(shè)計(jì)的工具化研究。近些年，采用小型無人機(jī)的大規(guī)模編隊(duì)演示飛行已見諸報(bào)端，如2015年8月美國海軍研究生院采用50架固定翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)的協(xié)同編隊(duì)飛行，2016年8月甄迪無人機(jī)公司采用60架四旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)的編隊(duì)飛行表演。然而，大多數(shù)現(xiàn)有研究的編隊(duì)隊(duì)形是為了飛行任務(wù)而“定制化”設(shè)計(jì)的，為了實(shí)現(xiàn)完整的隊(duì)形，設(shè)計(jì)人員需要預(yù)先計(jì)算出每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的相對位置坐標(biāo)，同時(shí)這種計(jì)算并不能被復(fù)用，一旦變換到新的隊(duì)形后，需要重新計(jì)算所有節(jié)點(diǎn)新的相對位置坐標(biāo)。因此，現(xiàn)有技術(shù)中缺乏一種靈活的、工具化的隊(duì)形設(shè)計(jì)方法，來實(shí)現(xiàn)任意編隊(duì)隊(duì)形的快速、可視化、動態(tài)設(shè)計(jì)和復(fù)雜隊(duì)形的基本元素拆分與重組。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即為了實(shí)現(xiàn)任意編隊(duì)隊(duì)形的快速、可視化、動態(tài)設(shè)計(jì)和復(fù)雜隊(duì)形的基本元素拆分與重組?；诖耍景l(fā)明提供了基于隊(duì)形庫的多無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)方法，應(yīng)用于包含一架長機(jī)和多個(gè)僚機(jī)的多架無人機(jī)中，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)編隊(duì)任務(wù)中的編隊(duì)隊(duì)形請求，在預(yù)設(shè)隊(duì)形庫中選取基本隊(duì)形，利用所述基本隊(duì)形構(gòu)建所述編隊(duì)隊(duì)形；所述編隊(duì)隊(duì)形中包含一個(gè)長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)、多個(gè)僚機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)隊(duì)形入口位置，所述隊(duì)形入口位置為所述長機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)跟隨的空間位置；

步驟2，建立所述編隊(duì)隊(duì)形中各隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)間的對應(yīng)指派關(guān)系；

步驟3，根據(jù)所述編隊(duì)任務(wù)中所攜帶的任務(wù)隊(duì)形入口位置以及所述對應(yīng)指派關(guān)系確定每一架無人機(jī)的絕對位置期望值，按照所述編隊(duì)隊(duì)形編隊(duì)排列。

優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)隊(duì)形庫中每一基本隊(duì)形中各隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值的計(jì)算關(guān)系式為：

v＝f(γ)

其中，v為隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望，γ＝{s,n,m,θ,p,c}為隊(duì)形參數(shù)，s為基本隊(duì)形名，n為隊(duì)形節(jié)點(diǎn)數(shù)量，m為長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)序列號，θ為表征了隊(duì)形的形狀、大小和方向的隊(duì)形特征參數(shù)，p為隊(duì)形入口位置，c為隊(duì)形調(diào)整控制位，f為隊(duì)形向量計(jì)算函數(shù)。

優(yōu)選地，所有隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望構(gòu)成空間三維絕對位置期望向量組，其表達(dá)式為：

v＝[v1,v2,...vi,...vn]

其中，v為空間三維絕對位置期望向量組，vi＝[xi,yi,zi]^t表示第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值，i＝1,…,n。

優(yōu)選地，在計(jì)算第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值時(shí)，包括如下步驟：

步驟1)，建立參考坐標(biāo)系o1，根據(jù)s、n、θ計(jì)算第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o1中相對位置向量v1i，i＝1,…,n，v1i是隊(duì)形節(jié)點(diǎn)序列號的函數(shù)；

步驟2)，根據(jù)m確定長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o1中的相對位置向量v1m，將o1原點(diǎn)平移到長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)處，建立新的坐標(biāo)系o2，通過坐標(biāo)平移計(jì)算該第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o2中的相對位置向量v2i，計(jì)算公式為：

v2i＝v1i-v1m

步驟3)，根據(jù)p，計(jì)算得到該第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值vi，計(jì)算公式為：

vi＝t·v2i+p

其中，t為o1相對于地面絕對位置坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。

優(yōu)選地，當(dāng)改變m時(shí)，重復(fù)步驟2)～3)，實(shí)現(xiàn)長機(jī)切換。

優(yōu)選地，所述編隊(duì)隊(duì)形包括基本隊(duì)形和組合隊(duì)形。

優(yōu)選地，所述隊(duì)形庫中每一基本隊(duì)形中只有一個(gè)隊(duì)形入口位置。

優(yōu)選地，所述隊(duì)形庫中每一基本隊(duì)形中只有一個(gè)長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選地，利用預(yù)設(shè)隊(duì)形庫構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形時(shí)，包括：

交互式的圖形化界面設(shè)計(jì)構(gòu)建方法，為采用人機(jī)交互方式設(shè)置隊(duì)形參數(shù)γ，在無人機(jī)于地面時(shí)離線設(shè)計(jì)構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形；或

所述參數(shù)化動態(tài)設(shè)計(jì)構(gòu)建方法，為采用程序參數(shù)化調(diào)用方式設(shè)置隊(duì)形參數(shù)γ，在無人機(jī)飛行過程中動態(tài)設(shè)計(jì)構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形。

優(yōu)選地，在建立所述編隊(duì)隊(duì)形中各隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)間的對應(yīng)指派關(guān)系時(shí)，參與到所述編隊(duì)任務(wù)中的無人機(jī)數(shù)量不少于所述編隊(duì)隊(duì)形的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)數(shù)，其實(shí)現(xiàn)方式包括如下兩種：

直接指派；或

優(yōu)化指派，根據(jù)所有無人機(jī)當(dāng)前位置和編隊(duì)隊(duì)形位置，根據(jù)所述編隊(duì)任務(wù)在編隊(duì)隊(duì)形建立或調(diào)整中引入優(yōu)化指標(biāo)和約束條件，采用優(yōu)化算法建立無人機(jī)與隊(duì)形節(jié)點(diǎn)間的對應(yīng)關(guān)系。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過本發(fā)明中的多架無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了隊(duì)形的任意組合，同時(shí)通過隊(duì)形的設(shè)計(jì)構(gòu)成方式實(shí)現(xiàn)了隊(duì)形的快速、可視化、動態(tài)設(shè)計(jì)和復(fù)雜隊(duì)形的基本元素拆分與重組。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的多架無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)設(shè)計(jì)的整體流程架構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明提供的空間三維絕對位置向量計(jì)算坐標(biāo)變換關(guān)系示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的多架無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)中基本隊(duì)形參數(shù)含義示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)間的指派關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實(shí)施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本發(fā)明中，提供了一種基于隊(duì)形庫的多無人機(jī)隊(duì)形編隊(duì)方法，應(yīng)用于包含一架長機(jī)和多個(gè)僚機(jī)的多架無人機(jī)中，如圖1所示，包括兩個(gè)階段，庫設(shè)計(jì)階段和隊(duì)形實(shí)現(xiàn)階段，其中，庫設(shè)計(jì)階段包括步驟s1，隊(duì)形實(shí)現(xiàn)階段包括步驟s2～s4，具體的：

s1，構(gòu)建隊(duì)形庫；

根據(jù)常用的飛行隊(duì)形構(gòu)建具有統(tǒng)一模板的、參數(shù)化表達(dá)的基本隊(duì)形，所有隊(duì)形組成隊(duì)形庫。

其中，隊(duì)形庫中每一隊(duì)形包括一個(gè)隊(duì)形入口位置、以及由一個(gè)長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)和多個(gè)僚機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的多個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)。

所述預(yù)設(shè)隊(duì)形庫中每一基本隊(duì)形中各隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值的計(jì)算關(guān)系式為：

v＝f(γ)

其中，v為隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望，γ＝{s,n,m,θ,p,c}為隊(duì)形參數(shù)；

s為基本隊(duì)形名，包括但不限于“直線隊(duì)形”、“v字隊(duì)形”、“弧形隊(duì)形”、“正多邊形隊(duì)形”、“矩陣隊(duì)形”；

n為隊(duì)形節(jié)點(diǎn)數(shù)量，表示隊(duì)形中包含的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

m為長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)序列號，每一種隊(duì)形都擁有各自預(yù)設(shè)的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)排序，序列號為1到n間的某一自然數(shù)；

θ為隊(duì)形特征參數(shù)，每一種隊(duì)形都擁有各自的隊(duì)形特征參數(shù)，隊(duì)形特征參數(shù)決定了隊(duì)形的最終形狀、大小、方向；

p為隊(duì)形入口位置，這是一個(gè)空間三維絕對位置向量，代表長機(jī)所要實(shí)時(shí)跟隨的空間三維絕對位置期望值；

c為隊(duì)形調(diào)整控制位，用于決定當(dāng)編隊(duì)飛行中某一架無人機(jī)出現(xiàn)故障或離隊(duì)后剩余無人機(jī)的隊(duì)形調(diào)整動作，所選的調(diào)整動作包括：維持原隊(duì)形不變，即所有無人機(jī)維持原來的相對位置關(guān)系；或，隊(duì)形收縮補(bǔ)充，即相鄰無人機(jī)收縮補(bǔ)充故障或離隊(duì)無人機(jī)的位置，其他無人機(jī)做相應(yīng)的收縮補(bǔ)充；

f為隊(duì)形向量計(jì)算函數(shù)，根據(jù)隊(duì)形參數(shù)γ計(jì)算出n個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望向量組v；隊(duì)形向量計(jì)算函數(shù)f根據(jù)基本隊(duì)形名s來選擇所要調(diào)用的隊(duì)形庫中的基本隊(duì)形，選中的基本隊(duì)形進(jìn)一步調(diào)用自身的隊(duì)形向量計(jì)算式來計(jì)算出空間三維絕對位置期望向量組v。

該空間三維絕對位置期望向量組v由所有隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望構(gòu)成，其表達(dá)式為：

v＝[v1,v2,...vi,...vn]

其中，v為空間三維絕對位置期望向量組，vi＝[xi,yi,zi]^t表示第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值，i＝1,…,n。

具體的，如圖2所示，在計(jì)算第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值時(shí)，包括如下步驟：

步驟1)，建立參考坐標(biāo)系o1，根據(jù)s、n、θ計(jì)算第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o1中相對位置向量v1i，i＝1,…,n，v1i是隊(duì)形節(jié)點(diǎn)序列號的函數(shù)；

步驟2)，根據(jù)m確定長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o1中的相對位置向量v1m，將o1原點(diǎn)平移到長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)處，建立新的坐標(biāo)系o2，通過坐標(biāo)平移計(jì)算該第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)在o2中的相對位置向量v2i，計(jì)算公式為：

v2i＝v1i-v1m

步驟3)，根據(jù)p，計(jì)算得到該第i個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的空間三維絕對位置期望值vi，計(jì)算公式為：

vi＝t·v2i+p

其中，t為o1相對于地面絕對位置坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣。

當(dāng)改變m時(shí)，重復(fù)步驟2～3，實(shí)現(xiàn)長機(jī)的便捷切換。

s2，設(shè)計(jì)隊(duì)形；

根據(jù)編隊(duì)任務(wù)，不同的編隊(duì)任務(wù)中攜帶有不同的編隊(duì)隊(duì)形請求，根據(jù)當(dāng)前編隊(duì)隊(duì)形在隊(duì)形庫中選擇特定的基本隊(duì)形，設(shè)置隊(duì)形參數(shù)，形成參數(shù)實(shí)例化的隊(duì)形；由至少一個(gè)基本隊(duì)形構(gòu)建該編隊(duì)隊(duì)形；所述編隊(duì)隊(duì)形中包含一個(gè)長機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)、多個(gè)僚機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)以及一個(gè)隊(duì)形入口位置，所述隊(duì)形入口位置為所述長機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)跟隨的空間位置。其中，該編隊(duì)隊(duì)形可以為一個(gè)基本隊(duì)形或由多個(gè)基本隊(duì)形組合而成的組合隊(duì)形。

利用預(yù)設(shè)隊(duì)形庫構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形時(shí)，包括：

交互式的圖形化界面設(shè)計(jì)構(gòu)建方法，為采用人機(jī)交互方式設(shè)置隊(duì)形參數(shù)γ，在無人機(jī)于地面時(shí)離線設(shè)計(jì)構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形；或

所述參數(shù)化動態(tài)設(shè)計(jì)構(gòu)建方法，為采用程序參數(shù)化調(diào)用方式設(shè)置隊(duì)形參數(shù)γ，在無人機(jī)飛行過程中動態(tài)設(shè)計(jì)構(gòu)建編隊(duì)隊(duì)形。

在設(shè)計(jì)隊(duì)形時(shí)，包括如下步驟：

s21：從隊(duì)形庫中選擇特定的基本隊(duì)形，此時(shí)自動設(shè)置了基本隊(duì)形名參數(shù)s；

s22：設(shè)置其他基本隊(duì)形參數(shù)，包括隊(duì)形節(jié)點(diǎn)數(shù)n，長機(jī)所處隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的序列號m，隊(duì)形特征參數(shù)θ，隊(duì)形入口位置p，隊(duì)形調(diào)整控制位c；

s23：若要設(shè)計(jì)組合隊(duì)形，則繼續(xù)從隊(duì)形庫中選擇多個(gè)基本隊(duì)形，并按照隊(duì)形要求設(shè)置各個(gè)基本隊(duì)形的參數(shù)。在進(jìn)行隊(duì)形組合時(shí)，后一個(gè)基本隊(duì)形的隊(duì)形入口位置p需與前一個(gè)基本隊(duì)形的位置相關(guān)聯(lián)，由此，任意組合隊(duì)形有且僅有一架長機(jī)，同時(shí)有且僅有一個(gè)隊(duì)形入口位置p作為長機(jī)所要實(shí)時(shí)跟隨的空間位置。

在設(shè)計(jì)隊(duì)形時(shí)，首先選定某個(gè)參考位置建立一個(gè)參考坐標(biāo)系o1，優(yōu)選的，設(shè)置o1的坐標(biāo)方向?yàn)殚L機(jī)氣流坐標(biāo)系的方向，記該坐標(biāo)系為o1-xayaza，然后在o1-xaya平面內(nèi)設(shè)計(jì)隊(duì)形形狀和尺寸，由此形成基本形狀，進(jìn)一步將該基本圖形進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)順序?yàn)椋合壤@o1za軸旋轉(zhuǎn)φ角，再繞新的o1y′a軸旋轉(zhuǎn)α角，再繞新的o1x″a軸旋轉(zhuǎn)ψ角，這樣可將基本圖形演變?yōu)槿S空間內(nèi)任意朝向的圖形。

在此坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)定義基礎(chǔ)下，結(jié)合圖3給出的“直線隊(duì)形”、“v字隊(duì)形”、“正多邊形隊(duì)形”、“矩形隊(duì)形”四種示例隊(duì)形的基本形狀，進(jìn)一步說明部分隊(duì)形參數(shù)的含義。

(1)直線隊(duì)形

如圖3(a)所示為直線隊(duì)形，包含n個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)，記作qi，i＝1,…,n，其空間三維絕對位置記作vi。若選擇q1為長機(jī)節(jié)點(diǎn)，則m＝1，選擇其他節(jié)點(diǎn)作為長機(jī)則依此類推?；局本€形狀可選擇任意初始方向，隊(duì)形特征參數(shù)θ為θ＝{l,φ,α,ψ}，其中l(wèi)為相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的距離，即向量vk+1-vk的模長，這里k＝1,…,n-1；φ,α,ψ為基本直線隊(duì)形的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角。

(2)v字隊(duì)形

如圖3(b)所示為v字隊(duì)形，包含n個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)，記作qi，i＝1,…,n，其空間三維絕對位置記作vi。若選擇為長機(jī)節(jié)點(diǎn)，則m＝n1，選擇其他節(jié)點(diǎn)作為長機(jī)則依此類推?；緑字形狀的設(shè)計(jì)為，將v字兩側(cè)翼夾角γ的平分線與o1xa軸相平行，沿o1ya軸依次從小到大標(biāo)示節(jié)點(diǎn)序號。隊(duì)形特征參數(shù)θ為θ＝{n1,l,γ,φ,α,ψ}，其中n1為v字隊(duì)形兩側(cè)翼交叉點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)序號，l為相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的距離，即向量vk+1-vk的模長，這里k＝1,…,n-1；γ為v字隊(duì)形的側(cè)翼展角，規(guī)定圖示方向?yàn)檎?，則γ∈(0,180°)，0＜γ＜90°表示正v字隊(duì)形，90°＜γ＜180°表示倒v字隊(duì)形，γ＝90°時(shí)退化為直線隊(duì)形；φ,α,ψ為基本v字隊(duì)形的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角。

(3)正多邊形隊(duì)形

如圖3(c)所示為正多邊形隊(duì)形，包含n個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)，記作qi，i＝1,…,n，其空間三維絕對位置記作vi。若選擇q1為長機(jī)節(jié)點(diǎn)，則m＝1，選擇其他節(jié)點(diǎn)作為長機(jī)則依此類推?；菊噙呅蔚墓?jié)點(diǎn)排列為，以o1xa軸方向的外接圓半徑外端點(diǎn)作為q1節(jié)點(diǎn)，按圖示角度方向?yàn)檎较蛞来涡D(zhuǎn)，其他節(jié)點(diǎn)等間距地分布在外接圓上，顯然相鄰兩節(jié)點(diǎn)與圓心所成夾角為γ＝360°/n。隊(duì)形特征參數(shù)θ為θ＝{r,φ,α,ψ}，其中r為正多邊形所在外接圓的半徑，φ,α,ψ為基本正多邊形隊(duì)形的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角。

(4)矩形隊(duì)形

如圖3(d)所示為矩形隊(duì)形，包含n個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)，記作qi，i＝1,…,n，其空間三維絕對位置記作vi。若選擇q1為長機(jī)節(jié)點(diǎn)，則m＝1，選擇其他節(jié)點(diǎn)作為長機(jī)則依此類推?；揪匦蔚年?duì)形設(shè)計(jì)為，使矩形相鄰兩邊與o1xaya兩軸平行，左上角頂點(diǎn)設(shè)為q1，按行排列，直到排滿n個(gè)節(jié)點(diǎn)為止。隊(duì)形特征參數(shù)θ為θ＝{n1,l1,l2,φ,α,ψ}，其中n1為每行節(jié)點(diǎn)數(shù)，l1、l2為相鄰行、列節(jié)點(diǎn)間的距離，φ,α,ψ為基本矩形隊(duì)形的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角。

s3，建立指派關(guān)系；

建立所設(shè)計(jì)編隊(duì)隊(duì)形中各隊(duì)形節(jié)點(diǎn)和參與到編隊(duì)任務(wù)中的無人機(jī)之間對應(yīng)的指派關(guān)系，形成隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)之間的一一對應(yīng)。其中，參與到所述編隊(duì)任務(wù)中的無人機(jī)數(shù)量不少于所述編隊(duì)隊(duì)形的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)數(shù)。

如圖4所示的具體實(shí)施例中，編隊(duì)隊(duì)形為包含6個(gè)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)的正多邊形隊(duì)形，隊(duì)形節(jié)點(diǎn)序號為q1～q6；參與編隊(duì)任務(wù)的無人機(jī)編號為p1～p6。

采用下述兩種方法中的任意一種方法來建立所設(shè)計(jì)編隊(duì)隊(duì)形的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)和實(shí)際無人機(jī)之間的一一對應(yīng)關(guān)系，各無人機(jī)與隊(duì)形節(jié)點(diǎn)間對應(yīng)指派關(guān)系的確定，包括如下兩種方式：

直接指派，直接手動顯式建立無人機(jī)隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)間的對應(yīng)關(guān)系；或

優(yōu)化指派，根據(jù)所有無人機(jī)當(dāng)前位置和編隊(duì)隊(duì)形位置，根據(jù)所述編隊(duì)任務(wù)在編隊(duì)隊(duì)形建立或調(diào)整中引入優(yōu)化指標(biāo)和約束條件，采用優(yōu)化算法建立無人機(jī)與隊(duì)形節(jié)點(diǎn)間的對應(yīng)關(guān)系。

圖4所示為采用直接指派的方式建立的對應(yīng)關(guān)系，其對應(yīng)關(guān)系為：

需要說明的是，無論是采取直接指派還是優(yōu)化指派方法，都存在多種可能的對應(yīng)關(guān)系，具體采用哪種方式取決于所要完成的任務(wù)、所選擇的優(yōu)化算法、無人機(jī)的初始位置和期望組合隊(duì)形的集結(jié)位置。

s4，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)飛行；

根據(jù)步驟s2中參數(shù)實(shí)例化的組合隊(duì)形和s3中建立的隊(duì)形節(jié)點(diǎn)與無人機(jī)之間的一一對應(yīng)關(guān)系，實(shí)時(shí)給定任務(wù)隊(duì)形入口位置，計(jì)算得到每一架無人機(jī)的絕對位置期望值，作為每一架無人機(jī)航點(diǎn)控制器的期望指令，從而控制無人機(jī)群實(shí)現(xiàn)按編隊(duì)隊(duì)形的編隊(duì)飛行。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果有：(1)基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的“庫”設(shè)計(jì)思想，所設(shè)計(jì)的隊(duì)形庫包括多個(gè)常用的基本隊(duì)形，通過設(shè)置不同的隊(duì)形參數(shù)，可變換出更多的常用隊(duì)形，提高了隊(duì)形設(shè)計(jì)的重用性；(2)基本隊(duì)形可組合成復(fù)雜的組合隊(duì)形，從而理論上可實(shí)現(xiàn)任意的隊(duì)形設(shè)計(jì)；(3)采用圖形化的交互式設(shè)計(jì)和參數(shù)化的動態(tài)設(shè)計(jì)兩種設(shè)計(jì)方式，不僅提高了隊(duì)形設(shè)計(jì)的效率，還提供了統(tǒng)一的隊(duì)形接口，供上層推理決策系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍顯然不局限于這些具體實(shí)施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。