[发明专利]一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法

说明书

本发明公开一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法，步骤一：初始化；步骤二：计算寒鸦的三轴位置和速度；步骤三：判断寒鸦是否为信息个体；步骤四：选择寒鸦的交互邻居；步骤五：计算寒鸦集群控制量；步骤六：计算无人机自驾仪控制指令；步骤七：将自驾仪控制指令输入无人机模型；步骤八：判断仿真是否结束。本发明方法通过一定比例的无人机配对，在保证集群的一致性和聚集性的前提下，减小集群中无人机交互邻居数量，从而减小通信负载。本发明方法对于单向刺激，无人机集群更容易对刺激做出响应，应激精度更高。

技术领域

本发明是一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法，属于无人机自主控制领域。

背景技术

无人机因其风险小、成本低、环境适应力强等优点，在民用和军事任务中的应用越来越多。单个无人机由于自身资源有限，无法执行大规模任务，为适应新的任务需求，多无人机集群逐渐成为无人机领域的研究热点，通过相互协作，可实现单机资源的充分利用，完成更为复杂的任务。无人机间的相互配合与协调需要机间交互，通信网络性能满足系统间交互传输的完整性、准确性、及时性和同步性，才能实现集群协同的任务效能。本发明旨在利用控制集群无人机交互的配对比例优化无人机的通信邻居数量，提出一种配对交互无人机集群控制方法，减小无人机集群的通信负载。

目前，无人机集群的交互机制主要分为分层领导交互模式、固定邻居距离交互模式和拓扑交互模式。很多无人机集群使用分层领导交互，比如领导者跟随者模式，这种模式简单稳定，通信负载不高，但是不够灵活，在集群故障方面适应性差；固定邻居距离交互时无人机的邻居数量与集群密度和无人机的位置有关，密度大时可能会造成通信负载极大，通信堵塞问题；拓扑交互邻居数量稳定，不受个体间距影响，在通信负载方面，拓扑交互个体的交互邻居数量远小于固定邻居距离交互的数量。

大规模是无人机集群发展的趋势，但大规模给无人机自组网的资源分配、信道接入以及网络路由等带来不小的挑战，高效可靠的机间协同通信是大规模无人机集群控制的关键技术。寒鸦群由于一夫一妻制形成特有的交互模式，集群中有15％-70％的个体一对一配对飞行。没有配对的寒鸦使用拓扑交互，配对寒鸦其一侧只与配对对象交互，另一侧交互范围为非配对个体的一半，因此减小一半的交互对象，交互的范围和通信量更少。本发明借鉴寒鸦的配对交互机制，提出一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法，在保证无人机集群聚集性的同时，减小机间通信负载。

发明内容

本发明目的是提供一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法，旨在减小无人机集群的机间通信负载，在保证无人机集群一致性和聚集性的基础上，减小集群无人机通信邻居数量，提高通信能力，同时有较强的应激能力。

本发明是一种仿寒鸦配对交互机制的无人机集群控制方法，具体实现步骤如下：

步骤一：初始化

生成N架无人机的初始飞行状态，包括惯性系下的三维空间位置(x_i,y_i,h_i)，水平航速、航向角与高度变化率生成N只寒鸦个体，与N架无人机一一对应；初始化仿真参数，包括最大仿真时间T，采样时间dt，其中i为无人机的编号；初始化当前仿真时间t＝0。

步骤二：计算寒鸦的三轴位置和速度

为无人机的六个状态值，将其转换为对应寒鸦的三轴位置和速度向量：

步骤三：判断寒鸦是否为信息个体

在单向刺激中，设定集群中部分寒鸦在刺激时间T^trig改变其运动方向，则这部分寒鸦称为信息个体。若寒鸦i为信息个体，在时刻T^trig其三维空间位置为水平速度、航向角与高度变化率为航向角置为则仿真时间大于T^trig后，获取寒鸦i的水平速度、航向角与高度变化率，都为然后转至步骤六。若寒鸦i不是信息个体，则执行步骤四。