(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111471727.4 (22)申请日 2021.12.0 6 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113868780 A (43)申请公布日 2021.12.31 (73)专利权人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 李道春　申童　姚卓尔　邵浩原　 阚梓　刘奕良　赵仕伟　罗漳平　 (74)专利代理 机构 北京天汇航智知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11987 代理人 黄川　史继颖 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 17/16(2006.01) G06F 119/12(2020.01) (56)对比文件 CN 10839 9289 A,2018.08.14 CN 108549407 A,2018.09.18 CN 109782798 A,2019.0 5.21 CN 107943 067 A,2018.04.20 CN 108257217 A,2018.07.0 6 US 2017269612 A1,2017.09.21 US 9104201 B1,2015.08.1 1 周炜等.基 于层次分解策略无 人机编队避障 方法. 《系统工程与电子技 术》 .2009,第31卷(第 05期),全文. 许敬刚等.无 人机动态避撞区建模方法研 究. 《电光与控制》 .2014,第21卷(第12期),全 文. 审查员 吴雪 (54)发明名称 一种无人机密集编队安全 包络构建方法 (57)摘要 本发明提供了一种无人机密集编队安全包 络构建方法， 其构建包括如下步骤： S1： 采集编队 中所有n架无人机的飞行状态参数， 包括机身最 大长宽高以及最大前飞、 后飞、 爬升、 下降、 侧向 移动速度； S2： 求解空间中可以包络编队中所有 无人机空间位置点的最小包络球S的球心位置与 球半径； S3： 计算无人机编队在给定安全响应时 间内， 各个方向所能到达的最大飞行距离； S4： 根 据机身最大长宽高、 最小包络球S 的半径以及各 方向最大飞行距离， 解算对角矩阵 Mj； S5： 构建无 人机安全包络模 型。 本发明所提方法综合考虑编 队中无人机的空间位置分布、 飞行状态及响应速 度， 模型复杂度低， 可有效用于多架无人机组成 的密集编队的低空冲突预测与避障规划。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 113868780 B 2022.02.08 CN 113868780 B 1.一种无 人机密集编队安全 包络构建方法， 其特 征在于， 构建过程主 要包括以下步骤： 步骤一： 采集编队中所有 n架无人机的飞行状态参数， 包括机身长度{ Li}， 机身宽度 {Wi}， 机身高度{ Hi}， 最大前飞速度{ vfi}, 最大后飞速度{vbi}, 最大垂向爬升速度{ vui},  最大垂向下降速度{ vdi}, 最大侧向移动速度{ vli}， 其中i为集群中无人机的编号， 1≤ i≤ n； 对所述飞行状态参数取最大值， 得到整个编队的最大机身长度 L， 最大机身宽度 W， 最大 机身高度 H和各个方向的最大飞行速度， 所述各个方向的最大飞行速度分别为： 最大前飞速 度Vf， 最大后飞速度 Vb， 最大垂向爬 升速度Vu， 最大垂向下降速度 Vd， 最大侧向移动速度 Vl； 步骤二： 采集编队中所有 n架无人机在惯性坐标系 Oxyz中的空间位置点  [xi,yi,zi]， 求 解得到空间中可以包络编队中所有无人机空间位置点的最小包络球 S的球心空间位置 Xs= [xS,yS,zS]和球半径 R； 步骤三： 设定编队中无人机的安全响应时间 τ； 结合步骤一中采集得到的无人机编队各 个方向的最大飞行速度， 计算无人机编队在所给定安全响应时间 τ范围内， 各个方向所能达 到的最大飞行距离： 依次为最大前飞距离 F=Vf×τ， 最大后飞距离 B=Vb×τ， 最大爬升距离 U= Vu×τ， 最大下降距离 D=Vd×τ， 以及最大左右侧向移动距离 E=G=Vl×τ； 步骤四： 根据步骤一中采集得到的无人机编队最大机身长度 L， 最大机身宽度 W， 最大机 身高度H， 步骤二中求解得到的最小包络球 S的半径R， 以及步骤三中求得的无人机编队在各 个方向所能达到的最大飞行距离， 构建对角矩阵 ， 其中 代表m 行n列的矩阵空间： 矩阵中的 R+F+L/2， R+B+L/2， R+U +H/2， R+D+H/2， R+E+W/2 代表在综合考虑无人机机身尺 寸与无人机编队空间分布的前提下， 整个无人机编队于安全响应时间 τ内在各个空间方向 上所能达到的最大距离； 步骤五： 根据步骤二 中求解得到的最小包络球 S的球心空间位置 Xs=[xS,yS,zS]， 以及步 骤四中求解得到的对角矩阵 ， 构建无人机编队安全包络模型 E(Xs)， 其中权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113868780 B 2。 2.如权利要求1所述的一种无人机密集编队安全包络构建方法， 其特征在于： 所述编队 中无人机数量 为2架及以上。 3.如权利要求1 ‑2任一项所述的一种无人机密集编队安全包络构建方法， 其特征在于： 在所述步骤二中， 求解最小包络球 S的球心空间位置 Xs=[xS,yS,zS]和球半径 R的方法的具体 步骤如下： [1]以第一架无人机的空间位置点 X1=[x1,y1,z1]和第二架无人机的空间位置点 X2=[x2, y2,z2]之间距离为 直径，X1与X2连线中点 为球心， 建立初始球 S0； [2]依次判断其余各无人机空间位置点是否在球 S0内； 如果点 Xi在球S0内，3≤i≤n， 则 跳过继续判断下一空间位置点； 如果点 Xi不在球S0内， 则以X1和X2之间距离为直径， 连线中 点为球心建立球 S1； [3]依次判断前 i个点是否在球 S1内； 如果点 Xj在球S1内，j<i， 则跳过继续判断下一空间 位置点； 如果点 Xj不在球S1内， 则求解 X1、Xi和Xj三点组成的三角形的外接圆， 以该圆半径为 球半径， 圆心为球心建立球 S2； [4]依次判断前 j个点是否在球 S2内； 如果点 Xk在球S2内，k<j则跳过继续判断下一空间 位置点； 如果点 Xk不在球S2内， 则求解 Xi、Xj和Xk三点组成的三角形的外接圆， 以该圆半径为 球半径， 圆心为球心建立球 S3； [5]依次判断前 k个点是否在球 S3内； 如果点 Xl在球S3内，l<k， 则跳过继续判断下一空间 位置点； 如果点 Xl不在球S3内， 则求解 Xi、Xj、Xk和Xl四点组成的四面体的最小外接球 S4； 比较 得到S1、S2、S3、S4中的最大球 Sm； [6]将Sm作为新的球 S3， 重复步骤[5]， 直到前 k个点均检测完毕； 使用最终得到的球 S3作 为新的球 S2， 重复步骤[4]与[5]， 直到前 j个点均检测完毕； 使用最终得到的球 S2作为新的球 S1， 重复步骤[3]、 [4]与[5]， 直到前 i个点均检测完毕； 使用最终得到的球 S1作为新的球 S0， 重复步骤[2]、 [3]、 [4]与[5]， 直到所有 n个空间位置点均检测完毕； 最终得到的球 S0即为所 求编队中所有无人机空间位置点的最小包络球 S， 输出该球的球心空间位置 Xs=[xS,yS,zS] 和球半径 R。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113868780 B 3