[發明專利]約束條件下的大規模固定翼無人機集群編隊方法

有效

• 申請號: 202110183125.2
• 申請日: 2021-02-10
• 公開（公告）號: CN112965525B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 胡光初;張瑞峰;翟慶剛;席偉
• 申請（專利權）人: 成都兩江前沿科技有限公司;中國人民解放軍空軍研究院航空兵研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了約束條件下的大規模固定翼無人機集群編隊方法，本發明的方法包括：根據接收到的任務指令，在機載通信設備覆蓋范圍有限制的約束條件下，基于自適應編隊算法進行固定翼無人機族群組隊；所述族群內有族首和成員兩種無人機身份；所述族群的族首對族群進行管理；所述族群的族首具備族群間通信權限和族內通信權限，所述族群的成員僅具備族內通信權限和族間偵聽權限；根據接收到的任務指令，固定翼無人機族群的族首進行集群組隊和協同管理。本發明綜合考慮了中大型固定翼無人機因幾何尺寸導致的流場干擾、通信覆蓋等多方面約束條件問題，提高了固定翼無人機的組網和控制精度和效率。

技術領域

本發明屬于固定翼無人機控制技術領域，具體涉及約束條件下的大規模固定翼無人機集群編隊方法。

背景技術

無人機集群作戰是一種新型的作戰模式，將顛覆未來戰爭方式。固定翼無人機具有載荷能力強、速度快、航程遠的特點，可以在一定程度上替代無人機進行空中偵察，實施飽和攻擊的能力。但是單一的無人機載荷能力有效，戰場生存率低，攻擊能力有限。固定翼無人機集群方式具有提高供戰場生存率、改善戰場高消費比，對于敵方陣地可以實施一次性飽和打擊，起到對敵消耗的作用，從而取得非對等戰場優勢。

針對固定翼無人機集群控制算法Tanner等提出了分布式控制率來解決無人機集群飛行的問題，通過速度反饋項來實現速度匹配，基于人工勢能場的位置反饋來實現聚集和避撞。Olfati-Saber以圖論為基礎，提出了采用虛擬領航者的反饋Flocking模型來保證系統的聚集，為每個相鄰個體產生虛擬agent的方式來實現避障的方法。在此基礎上Su等證明了文獻中所提算法在無障礙空間中的穩定性，并且提出了只有部分agent可以獲取虛擬agent信息的集群方法。伍友利等人基于Flocking模型，進行算法改進，不再需要獲取相鄰個體的速度信息，簡化通信數據交互，將領域范圍內所有其他無人機都看作障礙物，把算法計算輸出轉化為跟蹤指令，設計合適的控制率使得固定翼無人機機群完成集群控制。崔朝陽等基于無人機機群移動自組網技術提出了自組網安全分組算法，算法結合使用密碼機制和信任機制來保證網絡分簇過程中的信息安全并且選出可信度較高的簇首，分析證明了其具有較高的安全性和可行性。Watanabe Y在“長機—僚機”框架的基礎上引入“虛擬長機”的概念，實現了三架固定翼無人機的編隊飛行。趙鋒、楊偉團隊無人機緊密編隊飛行控制仿真研究了兩架固定翼無人機“長—僚機”編隊模型，提出了編隊飛行條件。

上述研究中，均對基于Leader-follower集群模型的集群算法、目標跟蹤算法、控制率設計、以及基于移動自組網的無人飛行器集群自組織安全分族算法方面都有較為深入研究。但在固定翼無人機編隊中必須考慮的一個問題及前機尾流及翼間渦流對后機的影響(如圖1所示)，特別是中大型固定翼無人機集群組織管理研究問題，國內研究人員對這一問題的認識有限，而對于通信約束條件下的無人機編隊協同技術研究才剛剛起步，特別是對中大型固定翼無人機集群自組織協同編隊協同技術與自主控制技術在通信受限條件下的研究還有很廣闊的研究空間。

發明內容

為了解決現有固定翼無人機編隊技術存在的問題或缺陷，本發明提供了一種約束條件下的大規模固定翼無人機集群編隊方法。本發明根據固定翼無人機特點，綜合考慮了中大型固定翼無人機因幾何尺寸導致的流場干擾、通信覆蓋等多方面約束條件問題，提高了固定翼無人機組網和控制精度和效率。

本發明通過下述技術方案實現：

約束條件下的大規模固定翼無人機集群編隊方法，本發明的方法包括：

根據接收到的任務指令，在機載通信設備覆蓋范圍有限制的約束條件下，基于自適應編隊算法進行固定翼無人機族群組隊；所述族群內有族首和成員兩種無人機身份；所述族群的族首對族群進行管理；所述族群的族首具備族群間通信權限和族內通信權限，所述族群的成員僅具備族內通信權限和族間偵聽權限；

根據接收到的任務指令，固定翼無人機族群的族首進行集群組隊和協同管理。

優選的，本發明的自適應族群編隊算法包括：