[發明專利]一種基于分布式架構的無人機編隊協同控制系統及其方法

在審

• 申請號: 202010561191.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111831008A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 谷全祥;黃宇新;陳宣友;易建平;吳強;鄭宇;曾旭
• 申請（專利權）人: 航空工業信息中心
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08;G05B11/42;G05B13/04;G05B19/418
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 竇賢宇

1.一種基于分布式架構的無人機編隊協同控制系統，所述控制系統為多無人機體系結構，其特征在于，包括：空中端、通信層和地面端；

所述空中端包括：多個無人機，設置在各個無人機節點上的單無人機體系，所述單無人機體系包括感知層和控制層，用于獲取所述無人機的姿態、速度和位置；

所述通信層為各無人機節點實現信息共享，信息的共享形式，采用設計PMP通信模式與Mesh網絡通信模式的切換算法；

所述地面端即為地面控制系統，包括上傳群體的整體任務和監視群體以及群體中的每個個體的遙測數據，地面操作人員根據各無人機的飛行狀態情況，為各無人機發送指令，地面端的無線數傳模塊在編隊協同飛行階段不上傳控制指令，僅為監視作用；

所述空中端內的感知層用于將多個傳感器數據融合獲得更高頻更精確的導航數據，控制層接收地面端解算的軌跡作為期望，結合感知層得到的導航數據，經過控制算法處理可以得到四通道的舵量輸出，最后發送給執行機構。

2.使用如權利要求1所述的一種基于分布式架構的無人機編隊協同控制系統的控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、無線傳輸模塊的編隊通信網絡設計；

步驟二、分布式編隊態勢感知模型的研究；

步驟三、無人機編隊控制律優化與設計。

3.根據權利要求2所述的一種基于分布式架構的無人機編隊協同控制系統的控制方法，其特征在于，所述步驟一具體如下：

選定編隊中有n架無人機，將單個無人機看成節點，定義第i架無人機攜帶數傳的編號為A_i和B_i；首先A₀,A₁,…A_i采用PMP通信模式，地面端A₀作為主節點，機載端A₁,…A_i為從節點,所有的數據都要經過主節點A₀；B₁,B₂,…B_i采用Mesh網絡通信，其中B₁的角色為主協調員，B₂,…B_i為備用協調員；

定義第i個從節點與主節點m的通信質量為滿足以下公式：

式中t_c表示當前時刻，T_s代表時間間隔，n代表從節點i與主節點m之間共有n個數據包，q_j代表第j個數據包的字節數，I_j代表在時間間隔[t_c,t_c+T_s]段，該數據包字節是否需要發送，如果需要I_j＝1，否則I_j＝0；f_j為該數據包字節的發送頻率，r_j代表在時間間隔[t_c,t_c+T_s]段，從節點是否接受到，若接收到r_j＝1，否則r_j＝0；顯然有

A＝[a_ij]_n×n代表鄰接矩陣，a_ij代表節點i到j的權值系數；容易推出a_ii＝0，并且a_ij＝a_ji≥0；定義e_ij＝(v_i,v_j)∈V×V,i≠j，若存在則為無向圖；vi是i時刻的速度；

(α₁，α₂)，(α₂，α₃)…(α_i，α_j)，i,j∈[i，n]代表路，路是由邊構成的序列；α是加速度

定義第i個節點與鄰居節點集合N_i＝{a_j∈V,(a_i,a_j)∈E}的通信質量為所述滿足以下公式：

其中p代表在編隊協同飛行節點，無人機節點協同控制需要接到的數據包，f_p代表這包數據的發送頻率，I代表該包數據是否被接收到，若接收到I＝1，否則I＝0；k代表該節點的鄰居節點N_i的個數，顯然