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龙图腾网恭喜南京航空航天大学申请的专利一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114859959B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-20发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210286941.0，技术领域涉及：G05D1/46；该发明授权一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法是由郭剑东;余莉;孙哲;孙晓媛;刘蓉设计研发完成，并于2022-03-22向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法在说明书摘要公布了：本发明提出了一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法，具体如下：航路飞行模态横向位置控制，根据几何约束规则得到虚拟队形的期望参考点，进而推算编队无人机的期望参考点，采用视线导引律得到每架编队无人机保持队形的滚转角指令；航路切换模态横向位置控制，虚拟队形根据圆弧航路实时推算位置，编队无人机以虚拟队形作为期望参考点得到队形保持的滚转角指令；编队无人机纵向位置与高度控制，以编队无人机与虚拟队形之间的跟随偏差，设计纵向位置保持控制器得到油门指令；以编队无人机与虚拟队形之间的高度偏差作为得到升降舵指令。本发明能实现多架编队无人机队形精准保持与航路跟踪控制，不依赖于高带宽组网电台通信链路，易于工程实现。

本发明授权一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法在权利要求书中公布了：1.一种几何约束规则的单一航路虚拟长机编队方法，其特征在于，包括航路飞行模态的横向位置控制和航路切换模态的横向位置控制，其中， 预先设计编队飞行航路； 航路飞行模态的横向位置控制： 在航路飞行模态，根据虚拟长机的位置、由几何约束规则在航路上生成虚拟队形的期望参考点，进而计算得到编队无人机的期望参考点，根据编队无人机的期望参考点、采用视线导引律得到每架编队无人机保持队形的滚转角指令； 航路切换模态的横向位置控制： 当虚拟长机的期望参考点到达每一段航路的终点时，采用圆弧航路飞行，虚拟队形根据圆弧航路实时推算位置；航路切换模态进行期望参考点切换，编队无人机以虚拟队形作为期望参考点生成队形保持的滚转角指令，并通过虚拟长机位置以及编队无人机航迹角作为模态洗出条件； 还包括编队纵向位置的控制，编队纵向位置的控制是指：将跟随偏差计算方法分为航路飞行与切换模态两部分，以跟随偏差作为输入量设计纵向位置保持控制器； 编队飞行航路包括K段航路，K为大于等于2的整数，虚拟队形P由虚拟机组成，P＝{PVi，i＝1,2,3…I}，I为虚拟机的数量、也是编队无人机的数量，PVi为第i架编队无人机的虚拟机，选取PV1作为虚拟长机，在航路飞行阶段，根据虚拟长机的位置，通过几何约束规则生成虚拟队形的位置坐标，PVi位置坐标为： 其中，PV1N、PV1E为虚拟长机坐标在N、E方向的分量，北向为N方向，东向为E方向，PViN、PViE为PVi坐标在N、E方向的分量，dfi为第i架编队无人机队形间距，αfi为第i架编队无人机队形夹角，当第i编队无人机位于虚拟长机右侧时αfi为正、反之αfi为负，ψsegk为第k段航路与北向夹角，k为整数且1≤k≤K，K为航路总段数，ψsegk表达式为： 其中，WPk,N、WPk,E为第k段航路的起始点坐标在N、E方向的分量，WPk+1,N、WPk+1,E为第k段航路的终点坐标在N、E方向的分量； 进而得出PVi的期望参考点Ti： TiN＝PViN+lfcosψsegk4 TiE＝PViE+lfsinψsegk5 其中，TiN、TiE分别为Ti在N、E方向的分量，lf为虚拟队形相对Ti的跟踪距离； 通过虚拟队形与编队无人机之间的期望距离D计算得到第i架编队无人机的期望参考点TUi： 其中，TUiN、TUiE分别为TUi在N、E方向的分量； 将编队无人机的地速Vg、航迹角Ω，以及位置与期望参考点TUi的夹角βf，代入视线导引律计算得编队无人机的横向位置保持滚转角指令； 当k＝K时，判定编队无人机完成所有航路飞行任务，不再进行航路切换模态飞行；当k为1到K-1之间的整数时，编队无人机则进行航路切换模态飞行，航路切换模态的切入条件为： 当T1到达第k段航路终点WPk+1时进入航路切换模态，此时虚拟长机位于模态切入点A点，通过WPk+1坐标，第k段航路WPk—WPk+1与北向夹角ψsegk、第k+1段航路WPk+1—WPk+2与北向夹角ψsegk+1以及跟踪距离lf得到A点坐标AN,AE、模态洗出点B点坐标BN,BE，WPk为第k段航路起始点，WPk+1为第k段航路终点且同时作为第k+1段航路起始点，WPk+2为第k+1段航路终点，AN、AE以及BN、BE分别为A、B点在N、E方向的分量，表达式为： WPk+2,N、WPk+2,E为第k+1段航路终点坐标在N、E方向的分量； 航路切换模态进行队形保持的滚转角指令计算： 虚拟长机在航路切换时进行圆弧路线飞行，其实时位置PV1N,PV1E由圆弧几何约束规则得出： PV1N＝ON+R1sinδ+ξ9 PV1E＝OE-R1cosδ+ξ10 其中，ON、OE为WPk—WPk+1、WPk+1—WPk+2两段航路的内切圆圆心O在N、E方向的分量，R1为虚拟长机的内切圆半径，δ为虚拟长机在A点和圆心的连线与E方向的夹角，表达式为： δ＝arctanAN-ON,AE-OE11 虚拟长机飞行路线对应的圆心角ξ由虚拟长机速度V0以及进入航路切换模态的飞行时间t得到： ξ＝ωt13 其中，ω为虚拟长机进行圆弧路线飞行的角速度，此时PVi坐标仍按照直线段计算公式1、2求得； 在圆弧段，第k段与第k+1段航路之间的圆弧切线与北向夹角为ψ′segk， ψ′segk＝δ+ξ14 在航路切换模态，编队无人机以PVi作为期望参考点，将公式14的计算结果代入到公式1、2中得到航路切换模态段PVi的坐标，进而得到每架编队无人机在航路切换模态保持编队队形所需的滚转角指令； 航路切换模态洗出判断条件： 航路切换模态的洗出条件具体如下： 根据第一条件判断虚拟长机若完成圆弧路线飞行，则继续沿下一段航路飞行； 在第一条件满足后，根据第二条件判断各编队无人机何时将期望参考点从PVi切换至TUi； 若第一条件、第二条件均满足后，则航路切换模态洗出，切换到航路飞行模态进行下一段航路的编队飞行； 所述第一条件为： 其中，为圆心O到虚拟长机PV1的矢量，为的模值，为WPk+1到WPk+2的矢量，为的模值； 所述第二条件为： |ψi-ψsegk+1|＜ρf16 当编队无人机的航迹角与下一段航路航线角差值小于ρf时，判断航路切换模态洗出；其中，ρf为洗出门限，ψi为第i架编队无人机的飞行航迹角。

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