一种去中心式无人机冲突消解方法、设备及无人机

1.一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，应用于无人机，包括以下步骤：获取自身的状态信息以及其他无人机的状态信息；根据获得的状态信息检测与其他无人机之间是否存有冲突情况；所述冲突情况包括既有冲突和潜在冲突；基于预设的共识规则，根据状态信息和冲突情况进行安全分离分析，生成无人机的机动策略，根据机动策略调整无人机的速度和/或航向；其中，在生成机动策略时考虑到无人机的既定航线，使无人机的实际飞行航线与既定航线之间的偏差最小化；所述去中心式无人机冲突消解方法还包括以下步骤：当无人机面临多个冲突情况，计算各冲突情况的紧急度，根据紧急度判断并优先处理对其飞行安全影响较大的冲突；所述当无人机面临多个冲突情况，计算各冲突情况的紧急度，根据紧急度判断并优先处理对其飞行安全影响较大的冲突，包括：对于无人机 遭遇的每一个成对冲突，都会产生一个关于 的约束，表示为：式中， 表示 在成对冲突中的可行解域； 是航向调整量， 是速度调整量；当 同时遭遇多个冲突，且 在每个成对冲突中确定其机动的约束条件；对于多个冲突， 的约束条件表示为：式中， 是与 发生冲突的无人机集合；当面临多个冲突时， 的可行解区域为 所遭遇的每个冲突对应的可行解区域的交集；若出现涉及 的两个成对冲突的可行解域不相交的情况，即 时， 将无法确定可行的机动策略；根据预设的指标计算每对冲突的紧急度，根据紧急度对冲突情况进行排序，并逐一删除紧急度最低的冲突所产生的约束条件，直到 的可行解域不再是空集。 2.根据权利要求1所述的一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，所述根据获得的状态信息检测与其他无人机之间是否存有冲突情况，包括：将每个无人机定义了一个以 为中心，半径为 的圆形安全区域 ；设两架交互的无人机分别记作 和 ，其当前位置和速度为 时的位置和速度； 时 相对于 的位置记为 ； 相对于 的当前速度为 ；假设每个涉及冲突的无人机都会采取调整航向和速度的策略， 的航向调整量和速度调整量分别为 和 ， 的航向调整量和速度调整量分别为 和 ，则 相对于 的新速度为 ；为了分析 和 之间的关系，将位于 处的相对安全区域定义为 ，其中 ； 的两条切线通过坐标原点形成碰撞锥，为避免冲突， 应位于碰撞锥之外，约束条件表示为： （1）式中， 是 的斜率， 和 是 的分量；所述既有冲突定义为： 的方向在由安全区域 定义的碰撞锥之内；如果两架涉及冲突的无人机不采取适当的策略来调整其航向和速度，则 将会在未来某个时间点进入安全区域；所述潜在冲突定义为： 的当前方向不在碰撞锥之内，但是，如果涉及冲突的无人机不采取适当的策略来改变航向和速度，则可能会导致 在时间 内重新进入碰撞锥区域。 3.根据权利要求2所述的一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，为了讨论 的可行解范围，根据式 (1) 定义式 (2)： （2）式(2)的根决定了 的两个阈值；假设两架无人机在时间 时保持安全分离，即存在 ，使式(2)的根为实数：其中 ；式(1)中 的可行解范围由 和 决定；对以 为原点的局部坐标系进行旋转，将 和 之间的连线方向作为新的Y轴，则 的可行解范围为：每种冲突的约束条件分别由 和 决定：1）在既有冲突中， 处于碰撞锥之内，因此由 和 确定的约束条件都是既有约束；2）在潜在冲突中，根据 的方向有三种可能的情况：如果 位于区域1内，则由 确定的约束条件是既有约束，而由 确定的约束条件是潜在约束；如果 位于区域2内，则由 确定的约束条件是潜在约束，而由 确定的约束条件是既有约束；如果 位于区域3内，则由 和 确定的约束条件都是潜在约束；由 和 确定的约束条件不能同时被满足，涉及冲突的无人机将依据右侧策略来选择约束条件，即 和 均选择由 确定的约束条件。 4.根据权利要求3所述的一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，所述区域1、区域2和区域3通过以下方式确定：直线 将平面分为两个半平面，其中一个半平面包含冲突区域，另一个半平面不包含冲突区域，将不包含冲突区域的半平面记为区域2；直线 将平面分为两个半平面，其中一个半平面包含冲突区域，另一个半平面不包含冲突区域，将不包含冲突区域的半平面记为区域1；将区域1和区域2重叠的区域部分记为区域3。 5.根据权利要求3所述的一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，所述根据状态信息和冲突情况进行安全分离分析，生成无人机的机动策略，包括：为了分析成对冲突的约束条件，将 展开为： （3）将式（3）改写为以下形式： （4）定义两个新的变量：式中， 为无人机 的当前速度， 为无人机 的当前速度； 为无人机 的当前航向， 为无人机 的当前航向； ；将式（4）转化为 和 之间的线性关系：由此得到了一个二维直角坐标系 ，在 中，将无冲突区域表示为 ；对于既有约束，初始点 ；对于潜在约束， ； 与无冲突区域的边界之间的最小距离可用向量 表示；涉及成对冲突的无人机在采取机动动作后的新状态的映射位置记为 ，从 到 的矢量定义为 ；在既有约束中，为了保证 和 之间的安全分离， 在 方向上的投影应大于 ；相反，在潜在约束中， 在 方向上的投影应小于 ；由于无人机的运动学约束， 不能在 上任意取值；1）既有约束：假设 在 轴上的分量为 ，在 轴上的分量为 ， 的可取值范围由 和 的机动约束决定，而 的可取值范围由 和 的机动约束决定；对于既有约束，存在 ；根据 和 的可取值范围，分析既有约束的三种情况如下：a）情况1： ，则 的约束条件定义为：b）情况2： ，则 应取最小值，以使 有更多可选的机动策略； 的约束条件定义为：c）情况3： ，为了保证 和 之间的安全间隔， 应该承担更多的责任来弥补 的机动限制；当 进行最大机动时，即 达到最大值时， 应小于 ，而不是小于 ，这样新状态 就会落入无冲突区域； 表示为：式中， ； 的约束条件定义如下：2）潜在约束：对于潜在约束，存在 ；根据 和 的可取值范围，分析潜在约束的两种情况如下：a）情况1： ，尽管存在再次进入冲突区域的可能性，但考虑到 可能会同时遇到多个冲突，应尽可能使 的可机动范围最大化；因此， 的约束条件可定义为：b）情况2： ，为保证 在 方向上的投影小于 ， 的约束条件可定义为：式中， ；根据约束范围获得 的约束条件，并生成无人机的机动策略。 6.根据权利要求1所述的一种去中心式无人机冲突消解方法，其特征在于，所述在生成机动策略时考虑到无人机的既定航线，使无人机的实际飞行航线与既定航线之间的偏差最小化，包括：由于速度和/或航向的调整会导致 偏离原来的飞行轨道，在冲突解决后，将 的速度恢复到原来的速度，以及使 返回到预定航线；在满足安全间隔约束和机动约束的前提下，为保证空中交通效率，协同冲突消解的目标是最小化额外的飞行成本，目标函数定义为：式中， 、 为权重； 为 的当前速度， 为 的初始速度； 为返航角。 7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行，以实现如权利要求1至6任一所述的方法。 8.一种无人机，其特征在于，包括如权利要求7所述的一种电子设备。