[發明專利]一種基于仿生算法異構高密度混合無人機群拓撲控制方法

有效

• 申請號: 202210256932.7
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114326824B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 周睿;徐利梅;武鑫;張翔引
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

本發明的目的在于提供一種基于仿生算法異構高密度混合無人機群拓撲控制方法，屬于無人機編隊控制技術領域。該方法針對不同類型的異構無人機集群，設計了全新的通信拓撲構建，首先針對異構高密度混合無人機群應用場景，采用以大型/中型無人機作為關鍵節點，高密度小型無人機在關鍵節點周圍采用分層次的不同耦合模式，進行編隊隊形構建；然后構建異構無人機群拓撲結構；再基于仿生算法進行隊形拓撲實時優化調整；最后采用避障隊形拓撲實時拆分與重構技術完善避障控制方法，使得本發明群拓撲控制方法具有較強的魯棒性及冗余抗毀特性。

技術領域

本發明屬于無人機編隊控制技術領域，具體涉及一種基于仿生算法異構高密度混合無人機群拓撲控制方法。

背景技術

無人機，又稱無人駕駛飛機，與載人飛機相比，具有體積小、造價低、能自主化、智能化執行各項任務，能夠規避飛行員的駕駛風險等優勢，因此有很廣泛的應用范圍，成為未來飛行平臺的重點發展方向。無人機根據平臺大小可分為大型無人機、中型無人機和小型無人機，其中，大/中型無人機具有飛行速度快、載荷能力強、飛行時間長等特點；小型無人機具有小型化、低成本、快速消耗等特點。

在未來無人機編隊執行任務綜合化、多樣化的應用場景下，基于成本和效率的綜合考慮，有些任務的完成必須要依靠不同類型的異構無人機進行高密度混合編隊配合；同時，在異構高密度混合無人機集群網絡中，大量異構無人機節點需采用與集群任務相匹配的群拓撲結構，協同執行預定任務。因此，如何實現異構高密度混合無人機群的群拓撲控制就對任務執行成敗起著重要作用。針對無人機群的協同編隊控制，陳旿在“無人機自組網系統設計與實現”中針對無人機組成的動態性強、拓撲結構快速變化的無人機網絡提出無人機自組網驗證系統，該系統基于 802.11b/g 協議設計了 Ad-Hoc 網絡距離矢量路由協議；陳瑤在“無人機 Ad Hoc 網絡拓撲控制算法研究”中針對無人機 Ad-Hoc 網絡拓撲控制算法提出了一種基于群的拓撲控制算法框架，通過調整各節點的發射功率實現對網絡結構的拓撲控制。但上述研究中的通信拓撲設計均是基于同平臺大小類型的，單一類型的通信拓撲與該類型的飛機平臺特性相關，但異構集群中包含不同類型的無人機平臺，平臺特性差異大，因此無法實現不同類型無人機各自的最優拓撲。

因此，針對不同大小型號的異構無人機的協同控制研究具有重要意義。

發明內容

針對背景技術所存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于仿生算法異構高密度混合無人機群拓撲控制方法。該方法針對不同類型的異構無人機集群，設計了全新的通信拓撲構建，首先針對異構高密度混合無人機群應用場景，采用以大型/中型無人機作為關鍵節點，高密度小型無人機在關鍵節點周圍采用分層次的不同耦合模式，進行編隊隊形構建；然后構建異構無人機群拓撲結構；再基于仿生算法進行隊形拓撲實時優化調整；最后采用避障隊形拓撲實時拆分與重構技術完善避障控制方法，使得本發明群拓撲控制方法具有較強的魯棒性及冗余抗毀特性。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種基于仿生算法異構高密度混合無人機群拓撲控制方法，具體包括以下步驟：

步驟1.建立隊形庫，具體過程為：以大型無人機或中型無人機為關鍵節點，小型無人機為普通節點，基于關鍵節點和普通節點各自的數量和應用場景類型等參數，多個普通結點組成若干組編隊，關鍵節點和編隊共同構建相應的隊形；

步驟2. 基于步驟1隊形庫中的某個具體隊形，建立無人機集群的初始通信拓撲，具體構建過程為：以關鍵節點與普通節點之間的連線作為邊，構建通信拓撲的無向圖，并得到拓撲連接的矩陣關系；其中，每個普通節點均與關鍵節點連接，每個編隊內的普通節點之間相互連接；