[发明专利]一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法

说明书

本发明是一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法，其实现步骤为：步骤一：初始化；步骤二：确定长机；步骤三：确定各僚机的引导机；步骤四：确定引导机相对各僚机的期望位置；步骤五：防撞；步骤六：生成无人机自驾仪控制输入指令；步骤七：将自驾仪控制输入指令输入无人机模型；步骤八：判断是否结束仿真；该方法旨在提供一种分布式的无人机自主编队控制方法，在提高无人机机群鲁棒性和适应性的同时，降低无人机单机计算和通信负载，从而有效提高无人机自主能力水平。

技术领域

本发明涉及一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法，属于无人机控制领域。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一种由自身程序控制或由无线电遥控的，用来执行特定任务的无人驾驶飞行器，具有“平台无人、系统有人”的属性和环境适应能力强、自主程度高、非接触、零伤亡、可长时间工作的特点，在军事和民用领域中具有广阔的应用发展前景。

由于单无人机在感知范围、任务载重、计算能力等方面均存在限制，在执行某些复杂任务时效率低下或无法完成。与单无人机相比，无人机自主编队可以低成本、高分散的组织形式满足功能需求，以去中心化自组网提升系统高效信息共享、抗故障与自愈能力，以功能分布化提高体系生存率和效率交换比，已成为无人机发展的重要趋势。无人机自主编队，是指多架具有自主能力的无人机按照一定结构形式进行三维空间排列，且在飞行过程中可保持稳定队形，并能根据外部情况和任务需求进行队形动态调整，以体现整个机群的协调一致性。虽然无人机自主编队飞行可提高系统性能，但多个飞行器并存也导致了一些新的问题，比如系统协调管理的难度提升，系统整体状态的不确定性增加，系统对通信的依赖性加大，因此设计合理高效的无人机自主编队控制方法至关重要。本发明旨在通过设计一种无人机自主编队控制方法，提高无人机自主编队控制水平，使其可以较低的载荷配置高效完成相对复杂的任务，从而具备一定智能等级的自主能力。

目前，常见的无人机自主编队控制方法主要包括长机-僚机式、基于行为、虚拟结构等。其中长机-僚机式，需要预设编队结构，在机群故障方面鲁棒性差；基于行为法是根据预设信息和触发条件形成控制指令，缺乏适应性；虚拟结构法类似一种集中式控制，对计算能力依赖性强，对机间通信要求高。本发明针对现有无人机自主编队控制方法在鲁棒性、适应性等方面的自主能力不足以及计算和通信负载过大的问题，基于雁群自组织飞行设计了一种分布式的无人机自主编队控制方法。

雁群线性编队飞行是自然界中存在的一种普遍现象，是群居性个体为适应生存环境，历经长期演化后与生俱来的生存本领。雁群通过个体决策，最终使得整个群体从宏观上涌现出自组织性、协作性、稳定性及对环境的适应性；无人机自主编队的目的则是通过分布式决策实现能够自组织、协调性好和鲁棒性强的编队飞行。鉴于雁群飞行机制中去中心化的邻近个体交互、整体的自组织性等特点与无人机自主编队控制的局部性、分布式和鲁棒性等要求有着紧密的契合之处，本发明提出了一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法，以解决现有无人机自主编队控制方法在自主能力以及单机负载上的不足，有效提高无人机自主编队控制水平。

发明内容

1、发明目的：

本发明提供了一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法，其目的是提供一种分布式的无人机自主编队控制方法，旨在提高无人机机群鲁棒性和适应性的同时，降低无人机单机计算和通信负载，从而有效提高无人机自主能力水平。

2、技术方案：

本发明针对无人机编队控制问题，开发了一种基于雁群自组织飞行的无人机自主编队控制方法，该方法的实现流程如图1所示，具体实现步骤如下：

步骤一：初始化