[发明专利]一种分布式控制无人机群集中分簇编队方法

说明书

技术领域

本发明涉及队形为簇集中式的多任务无人机群队形变换和控制领域，尤其是涉及一种分布式控制无人机群集中分簇编队方法。

背景技术

无人机是现代战争中重要的作战武器，在一定范围内能够代替有人机执行多种复杂和危险的任务，然而在未来战争中仅靠单架无人机自主作战无法适应复杂的战场环境。而具备有效协同策略的无人机编队能更好的完成任务。因为多架无人机构成的无人机群能够减小整体飞行阻力，使无人机群在气动效率、打击效果、成功率、侦测范围及规避概率均有提升。从而是无人机群能够在执行复杂任务、多任务和复杂环境下具有相对大的活动范围、任务完成概率以及保障性。但是无人机群执行各种不同任务时会存在队形选择和任务指标优化问题。首先，无人机群执行不同任务时，不同队形选择不但会影响该任务的执行效果，而且会对任务链中下一个任务产生额外的作用。特别是在同一区域执行不同的任务时，及时的队形变换可以使机群安全性提高，还能提升任务的执行效率。其次，对于一些突发的、额外的事件队形变换有时是必须的、重要的。然而各任务的队形优化的存在性以及各任务优化与任务整体的优化关系；对于分布式控制、固定结构编队的队形控制随着任务的执行是否存在能进行时时动态调整优化构成动态优化优先集也是当前的关键问题。因此无人机群队形对各种不同任务的影响成为不可忽略的关键问题之一。

早期的较多研究仅仅简单的考虑任务对无人机编队队形的控制，主要工作一般是假定各任务条件下，机群以每架无人机为一节点，或者以长机、僚机形式进行编队控制，然而对已知任务目标的预先规划，从而使无人机群在任务中保持某些指标最优化，例如航程最大化等等。目前无人机群队形控制，队形变换主要集中在单机单独考虑的研究方向，即从单架无人机为一簇点方面考虑对任务性质的划分进行固定或者半固定队形的航路规划；另一方面仅针对长、僚机双击结构需要完成任务进行队形的协调工作，而无人机群在分布控制每簇，簇内集中编队这种联合状态下实现的可行性与优化研究较少。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或者至少提供一种有用的构建方式。为此，本发明提出了一种具有安全性、可靠性和操作性好的分布式控制无人机群集中分簇编队方法，使得该方法下无人机群能够最优或者次优完成任务。其技术方案如下所述：

一种分布式控制无人机群集中分簇编队方法，包括以下步骤：

1）设定无人机群的初始参数，如机群数量，无人机性能等；确定无人机群的任务链中各子任务的任务性质，并根据飞行环境确定无人机群在各子任务中的允许编队形式，初步构成静态优化优先集；

2）对所述无人机群在各子任务中的允许编队形式进行建模，确定每一种编队形式所对应的网络拓扑结构，得出在所述任务链中各子任务环境下每簇无人机的预定任务配置与拓扑模型，并从中建立队形转换数学形式，每簇的任务性质不同会对编队的选择方式和转换方式有很大影响，然后从整体到局部对无人机群的编队形式采取最优或者次优编队控制策略；

3）当某个子任务出现突发情况时，对静态优化优先集进行重构、扩展或者收缩，并选择其他有效编队形式，从而构成动态优化优先集。

步骤1）中，所述静态优化优先集包括项目有：任务性质确定的无人机群、每簇的具体功能以及移动性、快速性、机群的簇点、联接拓扑、拓扑变换策略。

进一步的，无人机群的每簇为任务性质单一的子簇或者多性质组成的混成簇，其中每簇的具体功能包括：I、目标侦测；II、火力掩护；III、机动备用；IV、干扰与反干扰；V、队形协调与控制；VI、簇点转移；VII、任务中突发情况的队形应急分配。

所述无人机群的队形控制由每簇协调控制，其中控制信号的通讯、队形策略会受到队形拓扑和队形序列的限制；对于有突发情况的队形应急调整策略，各簇非中心无人机也可参与控制和协调，每簇的具体队形会受静态优先级的解集限制；构建动态优化优先集时，某些节点间无直接的信息联系，因此只能包括构成静态优先集中一些队形，动态优化优先集一般是静态优化优先集的子集；每簇簇内采用集中式编队方法，簇中心在簇内转移由簇内各无人机按照分配的具体任务共同参与协调确定。

所述无人机群的队形控制协调模式包括：I、同一任务功能协调；II、机动备用协调；III、不同任务间功能转换协调；