[發明專利]一種通信受限條件下的無人機群魯棒編隊方法

有效

• 申請號: 201911230477.8
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110673651B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 曹先彬;杜文博;徐亮;朱熙;李宇萌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

1.一種通信受限條件下的無人機群魯棒編隊方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：建立無人機群編隊控制模型，在考慮通信時延的情況下，給出無人機群中每個無人機隨時間變化的動力學公式；

S2：在所述動力學公式的基礎上，推導出無人機群的編隊魯棒性與通信連接網絡的拓撲結構之間的關系；

S3：在無人機群總通信連接數目固定的情況下，生成具有不同冪指數的無標度通信連接網絡；

S4：計算各所述無標度通信連接網絡的拓撲結構下無人機群的編隊魯棒性，得到魯棒性最強的拓撲結構；

S5：在得到的魯棒性最強的拓撲結構下進行無人機群編隊飛行，實現在通信受限條件下無人機群的編隊飛行；

步驟S1，建立無人機群編隊控制模型，在考慮通信時延存在的情況下，給出無人機群中每個無人機隨時間變化的動力學公式，具體包括：

無人機群中無人機的總數量為，對于無人機群中任意一架無人機，，無人機的信號在通過通信信道到達無人機之前存在通信時延，存在通信時延的無人機群編隊控制動力學公式如下：

其中，表示無人機在時刻的位置，是一個三維向量；表示無人機在時刻的位置；表示無人機在時刻的位置；表示與無人機有通信連接的其它無人機；為中的元素；表示無人機與無人機之間的連接關系和連接強度；

步驟S2，在所述動力學公式的基礎上，推導出無人機群的編隊魯棒性與通信連接網絡的拓撲結構之間的關系，具體包括：

對動力學公式做拉普拉斯變換，得到：

其中，表示的拉普拉斯變換；表示的拉普拉斯變換，表示無人機在時刻的位置；表示初始時刻無人機的位置；表示與通信信道相關的轉移函數，；得到：

其中，表示所有的拉普拉斯變換，表示時刻各無人機的位置；表示單位矩陣；表示初始時刻各無人機的位置；表示網絡鄰接矩陣的拉普拉斯矩陣；

令，假設所有的通信時延都相等，，則，得到：

其中，，表示網絡鄰接矩陣的拉普拉斯矩陣；

定義，令是矩陣的所有特征值按升序排列后第個特征值對應的特征向量，，是所有特征值按升序進行排列；連通圖的拉普拉斯矩陣的特征值滿足：，令，則：

分別令和，得到：

兩邊相乘得到：

化簡得到：

則：

要求，，則，則對所有成立，則：

其中，為矩陣的最大特征值；令無人機群的通信時延小于或等于，以實現無人機群的魯棒編隊。

2.如權利要求1所述的無人機群魯棒編隊方法，其特征在于，步驟S3，在無人機群總通信連接數目固定的情況下，生成具有不同冪指數的無標度通信連接網絡，具體包括：

對個無人機組成的通信連接網絡的任意一個節點賦予權重，，以概率和概率分別選擇節點和節點，分別為的任意兩個取值，在節點和節點之間加入一條連邊，直到加完所有通信連邊為止，則生成的通信連接網絡中節點的度滿足如下關系：

其中，表示任意一架無人機的通信連接數目，為任意一個節點的度；

生成的通信連接網絡具有冪率形式的度分布：

其中：

通過控制參數，得到具有不同冪指數的無標度通信連接網絡。