This paper presents a three-dimensional, hydrodynamics-inspired collision avoidance framework for uncrewed aerial vehicle (UAV) formations operating in dynamic environments. When moving obstacles enter a UAV's sensing region, they are modeled as three dimensional doublets or ellipsoids that generate local velocity fields, guiding nearby UAVs to execute smooth, collision-free maneuvers without trajectory discontinuities or explicit trajectory replanning. This flow-based approach enables real-time operation and interpretable behavior by leveraging the nature of fluid flow around obstacles via the harmonic properties of Laplace's equation, inherently avoiding local minima common in traditional potential field methods. To establish and maintain coordination among the UAVs, a Virtual Rigid Body (VRB) formation strategy is integrated, ensuring that formation geometry and trajectory tracking are preserved. Simulation results demonstrate the feasibility and scalability of the method for both individual and multi-UAV scenarios with multiple formation geometries encountering moving obstacles. The proposed approach achieves safe, smooth, and computationally efficient avoidance maneuvers suitable for real-time and practical applications.


翻译:本文提出了一种受流体动力学启发的三维避障框架,适用于动态环境中运行的无人机编队。当移动障碍物进入无人机的感知区域时,它们被建模为三维偶极子或椭球体,这些模型会产生局部速度场,引导附近的无人机执行平滑、无碰撞的机动动作,而无需轨迹不连续或显式的轨迹重规划。这种基于流场的方法通过利用拉普拉斯方程的调和特性,模拟障碍物周围的流体流动本质,实现了实时操作和可解释的行为,并从根本上避免了传统势场方法中常见的局部极小值问题。为了建立并维持无人机之间的协同,本文集成了虚拟刚体编队策略,以确保编队几何形状和轨迹跟踪得以保持。仿真结果表明,该方法对于单个及多无人机场景(涉及多种编队几何形状遭遇移动障碍物的情况)均具有可行性和可扩展性。所提出的方法实现了安全、平滑且计算高效的避障机动,适用于实时及实际应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

无人机编队飞行:复杂环境中作战的策略、挑战与应用
专知会员服务
26+阅读 · 2025年10月31日
《动态对抗环境下无人机路径规划算法》
专知会员服务
38+阅读 · 2025年7月22日
《无人机蜂群避障动态传感器覆盖算法》最新38页
专知会员服务
16+阅读 · 2025年6月23日
《城市三维环境下无人机路径规划算法效能比较分析》
专知会员服务
31+阅读 · 2025年3月25日
《自定位无人机蜂群的快速集体规避》
专知会员服务
30+阅读 · 2024年8月22日
基于态势演化博弈的无人机集群动态攻防
专知会员服务
98+阅读 · 2023年9月3日
反无人机技术的方法与难点
无人机
32+阅读 · 2019年4月30日
无人机蜂群作战技术与多智能体系统理论
无人机
41+阅读 · 2019年1月27日
无人机集群、蜂群与蜂群算法
无人机
95+阅读 · 2018年9月25日
无人机集群对抗研究的关键问题
无人机
65+阅读 · 2018年9月16日
智能无人机集群技术概述
无人机
44+阅读 · 2018年2月28日
无人机飞行控制方法概述
无人机
12+阅读 · 2017年10月7日
国家自然科学基金
26+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
20+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
相关资讯
反无人机技术的方法与难点
无人机
32+阅读 · 2019年4月30日
无人机蜂群作战技术与多智能体系统理论
无人机
41+阅读 · 2019年1月27日
无人机集群、蜂群与蜂群算法
无人机
95+阅读 · 2018年9月25日
无人机集群对抗研究的关键问题
无人机
65+阅读 · 2018年9月16日
智能无人机集群技术概述
无人机
44+阅读 · 2018年2月28日
无人机飞行控制方法概述
无人机
12+阅读 · 2017年10月7日
相关基金
国家自然科学基金
26+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
20+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
24+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员