[发明专利]仿候鸟进化雪堆博弈的无人机自主集群编队轮换控制方法

权利要求书

1.一种仿候鸟进化雪堆博弈的无人机自主集群编队轮换控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤一：初始化

随机生成N架无人机的初始状态，包括位置Pⁱ、水平速度Vⁱ以及航向角ψⁱ，其中i为无人机编号，Pⁱ＝(Xⁱ,Yⁱ)，Xⁱ和Yⁱ分别为无人机i在地面坐标系下的横轴坐标和纵轴坐标；设定每架无人机的引导机编号当前仿真时间t＝0，仿真计数器n＝1，轮换计数器Count＝1，博弈次数计数器n₁＝0；当且仅当不存在无人机j满足X^j≥Xⁱ且Y^j≥Yⁱ时，飞行模式标识符策略Sⁱ(n)＝1，反策略否则飞行模式标识符策略Sⁱ(n)＝0，反策略

步骤二：基于候鸟进化雪堆博弈确定无人机飞行模式

如果仿真计数器n＞1，并且Count小于轮换计数器上限Count_max，则轮换计数器累计加一，无人机的策略、反策略以及飞行模式标识符均保持不变，即Count＝Count+1，Sⁱ(n)＝Sⁱ(n-1)，而后执行步骤三；

如果Count＝Count_max，则轮换计数器归一，邻居策略集清空，博弈次数计数器加一，即Count＝1，n₁＝n₁+1；当且仅当不存在无人机j满足X^j≥Xⁱ且Y^j≥Yⁱ时，策略Sⁱ(n)＝0，反策略记忆策略飞行模式标识符而后执行步骤四；否则，将N架无人机组成的集群视为一个迁徙的鸟群，其中无人机i为候鸟i，无人机i的引导机为候鸟i的前鸟无人机i的策略Sⁱ(n)和反策略分别为候鸟i进行进化雪堆博弈时的策略Sⁱ(n)和反策略

若存在候鸟j满足则将候鸟j的策略存入候鸟i的邻居策略集，即若候鸟i的前鸟编号则将候鸟的策略存入候鸟i的邻居策略集，即并根据候鸟i的策略Sⁱ(n)以及邻居策略集计算候鸟i的真实雪堆博弈收益Bⁱ：

其中r₁是非合作者遇到合作者的收益系数，r₂是合作者遇到合作者的损耗系数；根据候鸟i的反策略以及邻居策略集计算候鸟i的虚拟雪堆博弈收益

根据候鸟i的真实雪堆博弈收益Bⁱ以及虚拟雪堆博弈收益计算候鸟i的记忆策略

根据候鸟i的记忆策略生成进化候鸟i的雪堆博弈策略选择概率p_g：

其中L_m是雪堆博弈记忆长度；随机生成随机数rand，根据候鸟i的雪堆博弈策略选择概率p_g生成候鸟i的策略Sⁱ(n)和反策略

根据候鸟i的策略Sⁱ(n)更新无人机i的飞行模式标识符

步骤三：确定引导机及其相对僚机的期望位置

若飞行模式标识符则无人机i处于僚机模式；处于僚机模式的无人机i选择位于前方且相距最近的无人机作为引导机；若可选择的引导机不唯一时，无人机i选择编号最小的无人机作为引导机；即当且仅当X^j＞Xⁱ，且不存在无人机j'满足X^j'＞Xⁱ且R^ij'＜R^ij时或满足X^j'＞Xⁱ，R^ij'＝R^ij且j'＜j时，有其中为无人机i和无人机j间的距离；若前方不存在无人机，则处于僚机模式的无人机i选择相距最近的无人机作为引导机；若可选择的引导机不唯一时，无人机i选择编号最小的无人机作为引导机；即当且仅当不存在无人机j'满足X^j'＞Xⁱ，且不存在无人机j”满足R^ij”＜R^ij时或满足R^ij”＝R^ij且j”＜j时，有根据无人机i与其对应引导机的当前位置，计算其对应引导机相对无人机i的前向期望位置和侧向期望位置

其中x_exp和y_exp分别为前向期望距离和侧向期望距离，为无人机i的引导机在地面坐标系下的纵轴坐标；

步骤四：运行无人机模型

若飞行模式标识符则无人机i处于长机模式；由下式所描述的长机模型，得到下一仿真时间的无人机状态：

其中和分别为无人机i在地面坐标系下的横轴坐标、纵轴坐标、速度以及航向角对时间的一阶微分，τ_V和τ_ψ分别为速度保持自驾仪和航向保持自驾仪的时间常数，长机速度保持自驾仪控制输入长机航向保持自驾仪控制输入V_exp和ψ_exp分别为长机期望水平速度和期望航向角；若飞行模式标识符由下式所描述的僚机模型，得到下一仿真时间的无人机状态：

其中和分别为无人机i的引导机在地面坐标系下的横轴坐标以及速度，xⁱ和_yⁱ分别为无人机在无人机i机体坐标系下的x轴和y轴坐标，僚机的速度保持自驾仪控制输入僚机航向保持自驾仪控制输入和分别是前向和侧向通道的PID控制参数，为前向通道的误差，为侧向通道的误差，k_x、k_V、k_y和k_ψ分别为前向误差、速度误差、侧向误差以及航向误差的控制增益，为无人机i的引导机的航向角；

步骤五：判断是否结束仿真

仿真时间t＝t+ts，其中ts为采样时间；若t大于最大仿真运行时间T_max，则仿真结束并绘制无人机集群飞行轨迹，每一轮换时刻的无人机集群编队、无人机集群水平速度变化曲线以及航向角变化曲线；否则，返回步骤二。