[發(fā)明專利]一種無人機集群隊形及性能脆弱性評估方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910077285.1
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109582040B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設計）人: 段曉君;張江東;毛紫陽;鄧娟;龍漢
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

1.一種無人機集群隊形脆弱性的評估方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：獲取無人機集群的信息，包括無人機集群初始數量、編隊方式、空間位置以及通信拓撲結構；

步驟2：根據所獲取的無人機集群的信息，構建改進的無人機集群的控制模型；

其中

其中:x_i(t)和v_i(t)分別為第i個無人機在t時刻的位置和速度，常數α用來衡量群體中質點間的相互作用大小,a_ij(x)是無人機個體之間的信息交流權重，依賴于無人機個體i和個體j之間的相對位置，用來描述兩無人機之間的相互作用強度，N表示無人機數目，b_ij表示集群演化過程中無人機之間的排斥力系數，C表示一個距離常數，當無人機之間的距離小于該值，則它們之間存在排斥力，||·||表示向量的2范數，ε是一個正的常數，取值通常小于0.5，F(x_i)是隊形驅動力，β和γ分別為排斥力和目的地驅動力，θ為無人機個體速度方向與目的地方向夾角角平分線的方向，取值為[0,π]，β和γ為常數表示系統(tǒng)對這兩項的依賴程度，通常分別取和1；

步驟3：根據步驟2中改進的無人機集群的控制模型以及隊形驅動力F(x_i)，構建集群的隊形評估函數：

當集群只有一個通信連通子集時，集群的隊形評估函數為：

其中Exp表示以自然數e為底的冪函數，表示第i架無人機t時刻的理想位置，理想位置根據集群的編隊方式由模型(2)-(4)在時來確定；

當集群有多個通信連通子集，所述通信連通子集是由能相互通信的無人機組成的集合，則集群整體的隊形評估函數f通過式(6)計算：

其中n*表示連通子集的數目，k_i表示第i個連通子集無人機數占總無人機數的比例,f_i表示集群第i個連通子集隊形評估，通過(5)計算，此時(5)中的N等于該連通子集中的無人機數；

步驟4：根據隊形評估函數計算無人機集群隊形應對干擾的脆弱程度；

R_f＝(f_h-f_min)(f_h-f_l) (7)

f_h表示干擾前的集群隊形評估值，f_min表示集群受到干擾后隊形評估值的最小值，f_l表示集群受到干擾穩(wěn)定之后隊形評估值，f_h、f_min、f_l三個參數根據集群是否有連通子集的情況由步驟3中的式(5)或式(6)計算得出。

2.根據權利要求1所述的無人機集群隊形脆弱性的評估方法，其特征在于：當無人機集群編隊模式為圓形時，步驟2中隊形驅動力函數為：

其中R為圓形隊形收斂半徑，為處于同一個通信連通子集的無人機個體的幾何中心。

3.根據權利要求2所述的無人機集群隊形脆弱性的評估方法，其特征在于：當無人機集群編隊模式為圓形時，評估函數：

其中Abs()表示絕對值函數。

4.一種無人機集群隊形脆弱性評估系統(tǒng)，用于實現權利要求1-3中任一項所述的無人機集群隊形脆弱性的評估方法，其特征在于：包括以下模塊：

集群信息獲取模塊：通過雷達獲取無人機集群的信息，包括無人機集群初始數量、編隊方式、空間位置以及通信拓撲結構；

集群控制模塊：通過集群信息獲取模塊所獲取的無人機集群信息，構建出無人機集群的控制模型；

集群隊形評估模塊：根據集群控制模塊輸出的無人機集群控制模型，對集群隊形評估，并輸出評估值；

隊形脆弱程度計算模塊：針對不同的隊形干擾通過集群信息獲取模塊得到集群的空間位置信息和通信拓撲結構，計算不同干擾下的隊形評估值，然后計算出集群的脆弱程度并輸出。