[发明专利]基于拓扑优化的时变信道下无人机编队一致性控制方法、系统、装置及存储介质

权利要求书

1.一种基于拓扑优化的时变信道下无人机编队一致性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，计算当前拓扑步骤：由编队中的无人机进行分布式数据传输得到编队拓扑；

步骤2，计算代数特征值步骤：选取编队拓扑中入度最大的点作为编队的中心点，由中心点结合全局编队拓扑信息计算出拓扑拉普拉斯矩阵的代数特征值；

步骤3，数据处理步骤：根据代数特征值与编队一致性控制率的关系估算预测一致性控制的最大收敛时间；

步骤4，拓扑优化步骤：当编队检测到信道恶化，预测到一致性控制结果达不到任务预期时，对编队进行拓扑重构和优化；

步骤5，控制步骤：根据优化后的编队拓扑进行一致性控制，并通过分布式传输进行拓扑更新，然后执行计算当前拓扑步骤；

在所述数据处理步骤中，编队一致性控制率为：

其中，c₁,c₂,c₃是正实数，ξ∈(0,1),ζ∈(1,∞)，w_ij表示节点i和节点j之间的通信质量权重,x_i表示三维坐标下第i无人机的位置坐标，u_i(t)表示三维坐标下第i无人机的速度,同时u_i(t)也是相应的控制输入，r_ij为第i无人机和第j无人机之间的队形参考向量；

一致性控制率的拓扑无向图连通的，计算得到最大收敛时间

其中，L_ξ,L_ζ是图的Laplacian矩阵，λ₂(L_ξ),λ₂(L_ζ)是L_ξ,L_ζ的代数特征值。

2.根据权利要求1所述的时变信道下无人机编队一致性控制方法，其特征在于，在所述拓扑优化步骤中，从队形重构和功率再分配两个角度进行拓扑优化。

3.根据权利要求2所述的时变信道下无人机编队一致性控制方法，其特征在于，在所述拓扑优化步骤中，首先通过队形重构进行拓扑优化，在计算得到最优队形后，计算出对应队形的构型参考矩阵R＝[r_ij]，并将其通过集中式传输到每个节点；然后，无人机通过增加设定的功率开销，调整功率分配进行拓扑优化，从而实现功率优化，功率优化建模如下：

P^TL_G′P≥0

其中，G′是进行总开销为ψ的功率分配后的拓扑，相应的边权重为w′_ij,i,j＝1,2,...,N,L_G是通信质量矩阵W的Laplacian矩阵，λ₂(L_G)表示L_G的代数特征值，p′_ij,p_ij分别代表优化前后第i无人机在第j无人机方向上的功率分配方案，P表示由张成子空间1^⊥的向量组成的矩阵，P^T表示其转置矩阵。