[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

说明书

本发明是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，其实现步骤为：步骤一：初始化；步骤二：基于候鸟进化雪堆博弈确定无人机飞行模式；步骤三：确定引导机及其相对僚机的期望位置；步骤四：运行无人机模型；步骤五：判断是否结束仿真；该方法旨在提供一种分布式的无人机自主集群编队轮换控制方法，在提高无人机集群在编队自主轮换过程中的鲁棒性和适应性，从而有效提高无人机远距离任务执行能力水平。

技术领域

本发明涉及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，属于无人机控制领域。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是指不载有操作人员、利用空气动力提供升力、可自主飞行或遥控驾驶、可一次使用也可回收使用、携带致命或非致命有效载荷的有动力飞行器，具有“平台无人、系统有人”的基本属性，在军事和民用领域中具有广阔的应用发展前景。

无人机分布式机载能力的提高改变了无人机任务执行模式。在传统任务执行模式中，无人机通常通过空中加油执行远距离任务。而在改变后的任务执行模式中，无人机将以集群为单位、由母机进行投放和回收的形式执行远距离任务。由于通常情况下为减少损失，母机无法抵近任务区域，因此无人机集群需要具备较强的续航能力。无人机集群编队使得集群中的僚机可有效利用引导机的尾流减小阻力、节省燃油、延长续航，但集群中的长机由于无法利用任何无人机的尾流，其续航时间并未得到延长，因此无人机集群编队并未延长无人机集群的整体续航时间。只有通过无人机集群编队轮换，即集群内部的无人机轮流充当集群中的长机，才能有效延长无人机集群的整体续航时间，因此设计合理有效的无人机自主集群编队轮换控制方法至关重要。本发明旨在通过设计一种无人机自主集群编队轮换控制方法，提高无人机自主集群编队控制水平，使无人机可以较低的燃油配置执行远距离任务。

目前，常见的无人机集群编队轮换方法主要为循环式，即当集群内的某一架无人机以长机身份消耗规定的燃油后，集群内的无人按照顺时针或者逆时针方向轮流充当集群中的长机。该方法虽然简单易行，但存在如下缺陷：首先，当无人机集群内的无人机出现故障时，该方法无法继续执行，鲁棒性差；其次，该方法不适用于除V形、梯形外的非常规集群编队，并且，当无人机集群内的无人机燃油配置不均匀时，该方法并不合理，适应性不足。本发明针对现有无人机集群编队轮换方法在鲁棒性、适应性方面的自主能力不足，模拟候鸟迁徙行为，基于进化雪堆博弈设计了一种分布式的无人机自主集群编队轮换控制方法。

候鸟为节省能量增加存活几率，通常排列成紧密的线性编队进行迁徙，并存在位置轮换合作行为。不管其内部亲缘关系如何，鸟群内的候鸟其领头和尾随飞行的时间大致相当，即所有的个体均有机会在其它个体的尾迹里飞行，且均愿意牺牲自身利益成为头鸟。候鸟的这种轮换合作行为符合雪堆博弈的收益结构，当两个个体相遇时，每个个体均有两个选择：领头(合作)或尾随(背叛)。如果均选择合作，则得到利益，但同时承担了代价。如果均选择背叛，则收益为零。如果一个个体合作而另一个体背叛，则背叛者获得比合作者更大的收益。无人机集群编队轮换问题与候鸟头鸟轮换问题在收益结构上存在相似性，此外，无人机智能有限且所处环境复杂，个体无法即时求取当前的最好策略，符合进化博弈对博弈个体智能局限性的考虑，进化博弈中个体通过遵循简单规则更新策略，最终达到进化稳定策略。综上所述，本发明提出了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，以解决现有无人机集群编队轮换控制方法在鲁棒性和适应性方面的不足，有效提高无人机自主集群编队控制水平。

发明内容

1、发明目的：

本发明提供了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，其目的是提供一种分布式的无人机自主集群编队轮换控制方法，旨在提高无人机在集群编队自主轮换过程中的鲁棒性和适应性，从而有效提高无人机远距离任务执行能力水平。

2、技术方案：