轉(zhuǎn)移矩陣M建立方程組，通過最小二乘法，計算出目標障礙物在世界坐標系中的位置。
[0018] 進一步地，步驟三中的具體過程如下：
[0019] 計算出虛擬掌機的位置，
【主權(quán)項】
1. 一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、通過編隊中每一架無人機上設(shè)置的機載視覺傳感器檢測出目標障礙物在其對 應(yīng)的圖像平面坐標系中的位置，推導(dǎo)出目標障礙物對應(yīng)的相機坐標系到對應(yīng)的世界坐標系 的轉(zhuǎn)移矩陣M ; 步驟二、選取步驟一中所得的任意兩架機載視覺傳感器得到的目標障礙物對應(yīng)的的相 機坐標系到對應(yīng)的世界坐標系的轉(zhuǎn)移矩陣M，通過雙目視覺測距的原理，計算出目標障礙物 在世界坐標系中的位置； 步驟三、在編隊中定義虛擬掌機和虛擬安全區(qū)域，由步驟二中所得的目標障礙物在世 界坐標系中的位置，計算得出目標障礙物與虛擬掌機及虛擬安全區(qū)域的距離，確定目標障 礙物是否對虛擬掌機和虛擬安全區(qū)域造成威脅； 步驟四、根據(jù)步驟三所得的結(jié)果，當目標障礙物不對虛擬掌機和虛擬安全區(qū)域造成威 脅時，編隊保持原航路飛行； 當目標障礙物對虛擬掌機和虛擬安全區(qū)域造成威脅時，編隊中相應(yīng)的無人機進行規(guī) 避，完成避撞后，進入原來的編隊，編隊回歸原來的航路。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，其特征在于， 所述步驟一中的具體過程如下： 根據(jù)機載視覺傳感器監(jiān)測到的目標障礙物的信息，計算出其在圖像平面坐標系中的位 置；然后依次計算出目標障礙物在成像平面坐標系中的位置、目標障礙物在相機坐標系中 的位置、目標障礙物相對于機體坐標系的位置、目標障礙物在世界坐標系中的位置；其中選 用的相機坐標系，采用四元算法進行姿態(tài)轉(zhuǎn)移，以解決姿態(tài)轉(zhuǎn)移中的奇異值問題。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，其特征在于， 所述步驟二中的具體過程如下： 選取編隊中任意兩架無人機，將由步驟一種所得的它們分別對應(yīng)的目標障礙物的轉(zhuǎn)移 矩陣M建立方程組，通過最小二乘法，計算出目標障礙物在世界坐標系中的位置。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，其特征在于， 所述步驟三中的具體過程如下： 3. 1.計算出虛擬掌機的位置，Pcc = PlVii;其中：Pec為編隊中心位置，PUAVi* 第i架無人機的飛行位置； 其中，η為編隊中無人機的架數(shù)；i為自然數(shù)，且i屬于（1，2……η); 3.2.確定虛擬掌機的虛擬安全區(qū)域，將虛擬安全區(qū)域定義為橢球飛行包絡(luò)：
其中，編隊采取安全飛行模式，定義編隊飛行方向為X方向，ζ軸沿編隊位置向上，y軸 滿足右手規(guī)則；a為X軸上的長半軸，b為y軸上的短半軸，c為z軸方向上的短半軸，無人 機飛行過程中，以飛行安全碰撞時間為長半軸，這樣定義最短碰撞距離d，定義b = c，選取 黃金分割點：δ = C = ,這樣就完成了橢球飛行包絡(luò)的定義； 則毛=+0+i?，4的方向與編隊飛行方向一致，即編隊速度方向； 其中：ds是飛行的安全距離，R為定制，根據(jù)編隊隊形進行系統(tǒng)性定義；D為飛行安全距 離；T為飛行安全最短時間；VT為目標障礙物飛行速度；V p為編隊飛行速度； 這樣，當a = I |ds| I.可以計算出虛擬掌機的虛擬安全區(qū)域，即橢球飛行包絡(luò)； 3.3.計算編隊中單架次無人機的飛行安全區(qū)域， 對編隊每一架飛機進行飛行安全區(qū)域劃分，計算每一架飛機的最小分離距離:
Tl時，為其飛行安全區(qū)域； 其中：g 為目標障礙物的相運動速度，其中ig,和f分別是目標障礙 物的運動速度以及單架次無人機的運動速度，定義相對運動速度徑向距離為無人機與目 標障礙物的徑向距離。
5.按照權(quán)利要求4所述的一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，其特征在于， 所述步驟四中的具體過程如下： 計算由單架次無人機的轉(zhuǎn)彎半徑： acent 和單架次無人機的最大轉(zhuǎn)彎加速度= ， rFLN
其中：(Vmin，Vmax)，a_t<f(H，Vmax);為單架次無人機的轉(zhuǎn)彎半徑的范圍；f是 無人機能夠提供的最大推力以及側(cè)向力矩； 無人機在飛行過程中的速度必須滿足（Vmin，Vmax)，其中Vmin為單架次無人機的最小的 速度值，Vmax為單架次無人機的最大的速度值； 計算編隊中的單架次無人機由虛擬掌機左側(cè)避撞與右側(cè)避撞的最大轉(zhuǎn)彎半徑，要使單 架次無人機滿足的飛行要求，通過信息交互，當所有編隊成員具有滿足同一側(cè)避 撞需求時，即進行無人機編隊同側(cè)避撞；當某幾架無人機不能滿足飛行要求是，必須離開編 隊，打破原來的隊形，組成獨立的編隊，進行避撞；完成避撞后，打開的獨立編隊重新整合， 進入原來的編隊，編隊回歸原來的航路。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視覺的無人機編隊感知與規(guī)避方法，通過編隊中每一架無人機上設(shè)置的機載視覺傳感器檢測出目標障礙物在其對應(yīng)的圖像平面坐標系中的位置，推導(dǎo)出目標障礙物對應(yīng)的相機坐標系到對應(yīng)的世界坐標系的轉(zhuǎn)移矩陣M；然后，選取任意兩架機載視覺傳感器得到的目標障礙物對應(yīng)的相機坐標系到對應(yīng)的世界坐標系的轉(zhuǎn)移矩陣M，計算出目標障礙物在世界坐標系中的位置；確定目標障礙物是否對虛擬掌機和虛擬安全區(qū)域造成威脅；確定編隊采取的避撞方式。使編隊在保持隊形不變以及編隊隊形打破重新組合的方式規(guī)避目標障礙物。
【IPC分類】G05D1-10
【公開號】CN104656663
【申請?zhí)枴緾N201510082625
【發(fā)明人】朱海鋒, 潘泉, 呂洋, 趙春暉, 唐統(tǒng)國, 張夷齋, 程承, 張慶春, 姜珊, 祝凱旋, 席慶彪, 劉慧霞
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月15日