一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108279704A(43)申请公布日2018.07.13(21)申请号201810132540.3(22)申请日2018.02.09(71)申请人沈阳航空航天大学地址110136辽宁省沈阳市沈北新区道义南大街37号(72)发明人吴杰宏邹良开赵亮高利军范纯龙石祥滨郭振洲宋成鑫(74)专利代理机构沈阳维特专利商标事务所(普通合伙)21229代理人甄玉荃(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略(57)摘要一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略，包括步骤：在多无人机的飞行过程中，将无人机群组的速度进行分段控制，引入飞行控制因子的概念，提出了群聚算法；使多无人机在群聚的过程中，不同阶段有不同的收敛速度，从而增加无人机群组在飞行过程中的通信链路数目，使群组能够更加快速、稳定的达到蜂拥状态。本发明通过改变无人机在不同阶段的飞行速度，从而增加无人机在飞行过程中的通信链路，具有操控简单，无人机群组收敛速度快、平滑及稳定等特点，能够使多无人机群组形成蜂拥状态。在战场环境中多无人机协同作战具有广泛的应用前景。CN108279704ACN108279704A权利要求书1/1页1.一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略，其特征在于，在多无人机的飞行过程中，将无人机群组的速度进行分段控制，引入飞行控制因子的概念，提出了群聚算法；包括如下步骤：步骤1、设置参数；设置无人机群组数量N，循环迭代参数i，无人机间距离r1，r2；步骤2、初始化无人机群组数量N，使N个无人机初始位置和速度服从正态分布；步骤3、判断无人机i与其它无人机的距离r，如果r>r1，则执行步骤4；否则，执行步骤5；步骤4、飞行控制因子作用无人机节点，执行步骤8；步骤5、如果r>r2，则执行步骤6；否则，执行步骤7；步骤6、使无人机i向虚拟领导者方向运动，执行步骤8；步骤7、蜂拥算法作用于无人机i；步骤8、判断是否还有无人机节点没有执行算法；如果是，i+1，执行步骤3；如果否，执行步骤9；步骤9、无人机群组达到蜂拥状态，如果是，算法结束；如果否，i＝1，执行步骤3。2.一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略，其特征在于，所述群聚算法描述如下：c其中，fi为飞行控制因子，定义为d1＞d2,d1,d2,κ为常数；飞行控制因子对集群过程中的排斥势能做了新的定义，规定排斥力与节点间的距离成反比关系；当节点间距离越远，排斥力越小，使得节点收敛速度变快；因此，在无人机群组聚集过程中，当发现某节点与群组其它节点距离大于d1时，飞行控制因子对其作用，使其收敛速度快，这里d1远远大于节点间通信距离，因此不用考虑在飞行过程中的碰撞问题；当该节点与群组其他节点距离在d1和d2之间时，导航反馈作用于该节点，使其向虚拟领导者移动；而当该距离小于d2时，减小节点移动速度，利用蜂拥算法对其精准作用，使所有节点在无碰撞的情况下最终达到蜂拥状态。2CN108279704A说明书1/4页一种增加通信链路的多无人机的协同控制策略技术领域:[0001]本发明涉及一种多无人机协同控制的方法，属于多无人机协同控制的技术领域。背景技术:[0002]所谓协同控制，是指通过控制无人机的飞行速度，使无人机群组快速收敛的研究。在多无人机飞行过程中，部分结点初始与群体距离较远，迭代较慢。而多无人机协同作战的优势在于无人机的数量多，彼此间能够进行交互，相互配合，从而快速的完成任务。如果群组间收敛慢，无人机间彼此不能满足通信距离，则多无人机的优势将大大减弱。因此，本发明针对与群组无通信链路节点，加入飞行控制因子，改变这些节点的飞行速度，从而使其快速收敛。根据领导者当前的状态，使其向群组中心靠拢，最终达到与群组中其他节点通信的目的，从而增加无人机整体的通信链路数目。[0003]无人机起源于军事领域，经过几十年的发展，目前已经进入了快速发展期，种类越来越多，应用领域不断拓展，任务类型越来越广泛。近年来，无人机在军事、民用、救援和城市管理等多个领域广泛应用。在战场中，无人机被用来执行各种搜索工作和战场上的监视任务，由于无人机不需要人工驾驶，因此更具安全性。随着战场环境的日益复杂化，需要多无人机协同进行作战任务，因此，提出了多无人机系统。在多无人机的研究中，美国国防高级研究计划局(DARPA)开展的“小精灵”项目与美国海军研究局(ONR)推出的低成本无人机蜂群技术(LOCUST)使得许多国家对多无人机的研究进入了白热化的阶段。许多军方机构正在努力提升利用无人机向敌人开展蜂群式进攻的能力。这些研究将使军用无人机蜂群研究步入更有深度、更重要的研究领域。[0004]为保证无人机群