基于比例导引律的无人机避障研究

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1、第32卷第1期计算机仿真2015年1月文章编号：1006—9348(2015)Ol一0034—06基于比例导引律的无人机避障研究刘小伟，杨秀霞(海军航空工程学院，山东烟台264001)摘要：随着无人机作战环境日益复杂，无人机避开动态障碍物的研究成为热点问题。为提高导引避障性能，借助比例导引律的思想。通过使无人机与动态障碍物的相对速度方向导引到避障向量方向，完成避障。为满足避障完成时间和无人机机动性能约束要求，给出了避障时间估计和法向加速度表达式，通过解算得到了比例导引系数取值范围。避障完成后无人机在避障点可用比例导引律进行路径规划，最后到达目标点。仿真结果验证了算法的有

2、效性。关键词：比例导引；无人机；避障时间；机动约束中图分类号：V448．16文献标识码：BStudy蚰Prop训。脚N州gm帆一B撇dColHsionAVoid眦eforUAvLIUXiao—wei．YANGXiu—xia(NavalAeron叫ticalandAstm眦uticalUnive玛姆，Y蜘taiSh粕d蚴g264001，Chim)ABSTRACT：Witlltheincre够ingcomPlex畸0fcombatenvironmemwhichUAVsope珀teon，tIleresearchontheUAVtoavoiddyn锄icobstaclesh髂b

3、eco眦ahotissue．Witlltllehelpof凼eideaofpmportionalmvig砒i∞l肼，wegIlidethedirectionoftIlerelativespeedoftlleUAVtothedyn啪icobs切lcletot

4、ledirecti∞ofcouisi叽avoid锄cevec·tortocompletecoⅡisionavoid蚰ce．Inordertomeettllecompleti∞time锄dmecons砌nsofrn姐euverpe而咖明ceofUAV，tlli8papergivestllefomIllationsoft

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6、eal鲥t}Im．KEYWoRDS：PIopoftionalnavigati帆；UAV；Comsi蚰州oid蚰cetiI眦；M阴euveringconst珀ints1引言随着无人机在战场中的广泛应用以及所处战场环境日益复杂，如何避开动态障碍物(敌方导弹、预警机等)，顺利完成给定任务，成为热点课题。为此国内外很多学者做了深入的研究，取得了大量成果。目前在处理无人机避障问题上主要采用在机器人避障问题上比较成熟的方法：势场法和速度障碍法。文献[1]首先提出了势场法的概念，以目标对运动体产生引力，障碍物对运动体产生斥力，合力方向确定运动方向来达到避障目的，有效的完成了运动体避障

7、任务。但传统势场法存在不能满足处理运动障碍物时对实时性的要求及容易陷入极小值点等问题。为此很多学者对其进行改进，文献[2]将相对速度矢量引入人工势场，对势场函数进行改进，在新的势场函数作用下，机器人能够快速躲避障碍物并迅速到达目标位置；文献[3]在速度矢量场的基础上提出了“虚拟目标点法”克服了容易陷入局部极小值的问题。基金项目：航空科学基金(20135584010)收稿日期：2014一03—26—34一但当把势场法应用到高速无人机避碰运动障碍物时，利用势场法产生的避障曲线存在曲线不光滑、曲率变化大等问题，因此不适用于高速无人机避障问题。为此，学者们基于速度信息提出了速度

8、障碍法的概念，即基于无人机与障碍物的相对速度信息建立碰撞区域，通过使相对速度逃离碰撞区域达到避障目的。文献[4]基于速度障碍法，通过优化机器人基本行为达到避障及到达目标的目的，同样适用于无人机；文献[5]提出了避障速度障碍集的概念，基于目标信息，选择最优速度信息进行避障；文献[6]提出了互惠速度障碍的概念，解决了多机器人之间的避碰问题，同样可以应用到多无人机之间的避碰问题。但上述方法都没考虑避障中对避障完成时间及机动性约束等要求。为此，本文在对上述方法进行分析和总结的基础上，提出了基于比例导引律的无人机动态避障算法。首先基于无人机与障碍物