本发明属于无人机自主控制技术，具体涉及一种固定翼无人机近距离几何避障方法。
背景技术：
随着无人机技术日新月异的发展，其在敌情侦查、区域监视、农业生产、气象检测、灾情探测等军事和民用领域有着日益广泛的应用。面对复杂的环境，如崎岖的山区，大厦林立的城市等应用场景，需要无人机具有较高自主等级的障碍规避功能。
目前，如小型直升机、四旋翼飞行器等面向城市楼宇间、森林和山区使用环境的自主飞行技术研究取得了较大的进展。由于固定翼无人机具有飞行速度快、噪声小及续航时间长等优势，面向此类复杂环境的固定翼无人机自主飞行技术研究，已逐渐引起了军方的关注。基于固定翼平台的近距离避障面临两个难题：1)实时性。由于固定翼无人机飞行速度快，其对避障的实时性有较高要求；2)动力学约束。相比于旋翼机，固定翼无人机具有较强的动力学约束，需要考虑无人机的动力学约束。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提出一种固定翼无人机近距离几何避障方法，解决固定翼无人机在复杂环境下避障问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用了以下步骤：
一、障碍物定位
利用机载激光雷达实时探测障碍物的位置。
二、设定安全区域
根据障碍物的位置、形状以及相对距离，设定无人机安全飞行区域，以障碍物表面的中心位置为圆心，以r为半径的球形区域，作为无人机的安全飞行区域，
r＝max(0.25l,robs)
l是激光雷达探测到的无人机到障碍物表面的距离，robs为障碍物表面中心至其边缘的最大距离。
三、计算偏航角
采用几何方法，根据当前航向与备选航向，计算出所需偏转角度及偏航角速度，在水平面内，以无人机当前位置，到安全飞行区域作两条切线V1与V2，V1与V2为无人机的备选航向，Vh为无人机当前飞行航向，计算出所需偏转角度及偏航角速度；
即为所需偏转角度。
四、选择应飞航向
将步骤三中得到的较小偏转角度的备选航向选定为应飞航向。
五、解算滚转角指令
根据协调转弯条件，解算应飞的滚转角指令。
六、实施避障
无人机在自身位置变化的同时，实时更新滚转角指令，对滚转角指令进行修正，直到无人机越过障碍物，完成避障。
本发明的有益效果：该方法主要用于固定翼无人机的近距离避障，具有反应迅速，可靠性高，并且易于操作等优点。本方法的优越性能通过基于小型固定翼平台的近距离避障飞行试验得到了证实。
附图说明
图1是本发明几何避障方法的示意图。
具体实施方式
一种采用本发明固定翼无人机近距离几何避障方法的具体实施例，
一、障碍物定位
对于近距离避障，要求对障碍物的探测具有较高精度。本次试验采用日本HOKUYO公司的UTM-30LX激光雷达，该激光雷达作用范围为30米，水平视角270°，角分辨率为0.25°，精度为3cm，能够满足本方法的要求。激光雷达安装于无人机的机头位置。本方法利用该激光雷达对周围的障碍物进行探测，通过无人机与障碍物的相对位置及无人机的当前位置，进而解算出障碍物所在的位置。同时可以获得障碍物的尺寸。
二、设定安全区域
由于小型固定翼无人机可能会在飞行时会受到外界环境的影响，飞行航迹存在一定误差而撞上障碍物，所以需要设定无人机的安全飞行区域。如图1所示，本方法采用以障碍物表面的中心位置为圆心，以r为半径的球形区域，作为无人机的安全飞行区域。
r＝max(0.25l,robs)
l是激光雷达探测到的无人机到障碍物表面的距离，robs为障碍物表面中心至其边缘的最大距离。
三、计算偏航角
在水平面内，以无人机当前位置，到安全飞行区域作两条切线V1与V2，V1与V2为无人机的备选航向。Vh为无人机当前飞行航向，计算出所需偏转角度及偏航角速度；
即为所需偏转角度。
四、选择应飞航向
若采取就近原则，选定V1为应飞航向。
五、解算滚转角指令
为了保证固定翼无人机在避障过程中飞行的安全性，水平面内避障时应满足协调转弯的条件，并且不超过无人机滚转角限制。根据协调转弯条件：
由此得到
l为无人机当前位置到障碍物位置的距离，无人机飞行速度为V，得到无人机飞至障碍物的时间
本次飞行试验所采用的固定翼无人机的最大滚转角限定为50°，
由此得到避障的滚转角指令。
六、实施避障
对无人机输入应飞滚转角指令进行避障。在此过程中，无人机在自身位置变化的同时，实时更新滚转角指令，对之前计算得到的滚转角指令进行修正，直到无人机越过障碍物，完成避障。