[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

说明书

本发明提供了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、系统、装置及存储介质，该时变信道下无人机编队一致性控制方法包括：由编队中的无人机进行分布式数据传输得到编队拓扑；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；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；对编队进行拓扑重构和优化；根据优化后的编队拓扑进行一致性控制。本发明的有益效果是：本发明可以有效地改善拓扑结构，增强恶化多径信道下的编队控制，并且能够保证在有限的收敛时间内的控制精度，取得了非常好的技术效果。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及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、系统、装置及存储介质。

背景技术

随着对单个无人机研究的深入，单个无人机的局限越来越明显，多无人机编队控制问题一直是无人机领域都是一个热点话题。无人机编队飞行就是将两架或以上相同类型或者不同类型的无人机按照特定的队形完成指定的飞行任务，如果战场环境或者任务模式发生变化的时候，必须根据面对的实际情况进行编队重构，变换为新的队形。多无人机编队协同执行任务相比于单架无人机有如下优点：

(1)提高任务完成的成功率。编队飞行的情况下，成员之间可以通过彼此之间的合作来提高完成任务的成功率。

(2)提高任务执行的效率。若编队成员是彼此功能不同的机型，他们可以相互配合提高执行任务的效率。

(3)提高生存率。多架无人机可以组成一个相互通信的信息网，每架无人机都是其中的一个节点，任意一加无人机损坏都不会影响其他无人机的工作，大大提高了整个编队系统的抗干扰能力和稳定性。

由此可见，无人机编队协同执行任务将起到事半功倍的效果。但是如果没有高效的编队控制方法，无人机编队执行任务的能力就会大打折扣。如果编队成员之间任务分配，队形设计，时间协调等出现错乱的话，都会使得整个编队陷入混乱，甚至会发生碰撞、坠机等事故，造成任务失败。若是在战斗过程中发生此类情况，这对于目标任务和整个战局都会造成无法挽回的恶劣影响。

由于多无人机协同具有的这些优点，无人机协同作战思想也越来越受到军事领域的关注，但这一作战理念在实际运用中仍然面临一些技术上的难点：

(1)目前无人机的任务分配算法以集中式任务分配算法为主，但在实际无人机多任务进攻系统中，由于存在不同类型的无人机以及多个进攻目标，对于复杂的任务分配问题，求解效率较低且无法获得满意解。

(2)目前无人机的协调航迹规划主要采用基于离线路径规划的方法，然而由于战场环境的复杂性及被攻击目标的机动性，离线设计的协调轨迹往往难以适应无人机协调攻击的实际需求。因此，如何根据实际战场环境，设计基于实时协调轨迹的多无人机航迹规划算法，是今后无人机协调航迹规划领域亟待解决的重点和难点问题，同时也是提高无人机协同攻击有效性和灵活性的关键。

(3)目前无人机的协同控制算法主要以渐近稳定的控制律为主，而实际系统中，有限时间控制律能实现更高的跟踪精度和更快的收敛速度。因此，如何在保持无人机模型非线性的同时，设计具有强鲁棒性的无抖振、高精度、有限时间收敛的协同控制律，是确保无人机实现有效协同打击的关键所在。

当前多无人机编队协同控制的研究成果及文献非常丰富。这些方法都是基于各自针对的问题而提出，既有相应的优点，也存在着一定的不足，下面分别对各种编队控制策略进行探讨。常用的编队控制策略主要有以下几种：

(1)基于行为方式的编队控制方法