This paper considers how to ensure that a system of fixed wing Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) can avoid collisions. To do so we develop a novel method for creating a barrier function, which is similar to a Lyapunov function and can be used to ensure that a system can stay safe for all future times. After introducing the general approach, it is shown how to ensure that collision avoidance for two vehicles can be guaranteed for all future times. The construction is then extended to the case of arbitrarily many vehicles by addressing how to satisfy multiple safety objectives simultaneously. We do this while ensuring output actuator commands are within specified limits. Because this formulation requires communication of control values and may therefore reduce throughput of other important messages, we then show how to reformulate the solution without this significant communication overhead while still ensuring safety is maintained and actuator limits are respected. We validate the theoretical developments of this paper in the simulator SCRIMMAGE with a simulation of 20 UAVs that maintain safe distances from each other even though their nominal paths would otherwise cause a collision.


翻译:本文探讨了如何确保固定翼无人驾驶航空飞行器(UAVs)系统能够避免碰撞。为此,我们开发了一种创造屏障功能的新方法,该方法与Lyapunov功能相似,可用于确保未来所有时间的系统安全。在采用一般办法之后,将展示出如何确保今后所有时间都可保证两辆飞行器避免碰撞。随后,通过处理如何同时满足多重安全目标的问题,将建造扩大到任意多辆飞行器的情况。我们这样做,同时确保输出动力器指令在规定的限度内。由于这种配方需要控制值的通信,因此可能减少其他重要信息的吞吐量,我们然后展示如何在不使用这一重要的通信间接费用的情况下重新配置解决方案,同时仍然确保安全,并尊重行动限制。我们验证了模拟器SCIIMMAGAGE中该文件的理论发展,模拟了20辆无人驾驶飞行器保持安全距离,即使其名义路径否则会造成碰撞。

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