[发明专利]一种无人机集群队形及性能脆弱性评估方法及系统

权利要求书

1.一种无人机集群队形脆弱性的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取无人机集群的信息，包括无人机集群初始数量、编队方式、空间位置以及通信拓扑结构；

步骤2：根据所获取的无人机集群的信息，构建改进的无人机集群的控制模型；

其中

其中:x_i(t)和v_i(t)分别为第i个无人机在t时刻的位置和速度，常数α用来衡量群体中质点间的相互作用大小,a_ij(x)是无人机个体之间的信息交流权重，依赖于无人机个体i和个体j之间的相对位置，用来描述两无人机之间的相互作用强度，N表示无人机数目，b_ij表示集群演化过程中无人机之间的排斥力系数，C表示一个距离常数，当无人机之间的距离小于该值，则它们之间存在排斥力，||·||表示向量的2范数，ε是一个正的常数，取值通常小于0.5，F(x_i)是队形驱动力，β和γ分别为排斥力和目的地驱动力，θ为无人机个体速度方向与目的地方向夹角角平分线的方向，取值为[0,π]，β和γ为常数表示系统对这两项的依赖程度，通常分别取和1；

步骤3：根据步骤2中改进的无人机集群的控制模型以及队形驱动力F(x_i)，构建集群的队形评估函数：

当集群只有一个通信连通子集时，集群的队形评估函数为：

其中Exp表示以自然数e为底的幂函数，表示第i架无人机t时刻的理想位置，理想位置根据集群的编队方式由模型(2)-(4)在时来确定；

当集群有多个通信连通子集，所述通信连通子集是由能相互通信的无人机组成的集合，则集群整体的队形评估函数f通过式(6)计算：

其中n*表示连通子集的数目，k_i表示第i个连通子集无人机数占总无人机数的比例,f_i表示集群第i个连通子集队形评估，通过(5)计算，此时(5)中的N等于该连通子集中的无人机数；

步骤4：根据队形评估函数计算无人机集群队形应对干扰的脆弱程度；

R_f＝(f_h-f_min)(f_h-f_l) (7)

f_h表示干扰前的集群队形评估值，f_min表示集群受到干扰后队形评估值的最小值，f_l表示集群受到干扰稳定之后队形评估值，f_h、f_min、f_l三个参数根据集群是否有连通子集的情况由步骤3中的式(5)或式(6)计算得出。

2.根据权利要求1所述的无人机集群队形脆弱性的评估方法，其特征在于：当无人机集群编队模式为圆形时，步骤2中队形驱动力函数为：

其中R为圆形队形收敛半径，为处于同一个通信连通子集的无人机个体的几何中心。

3.根据权利要求2所述的无人机集群队形脆弱性的评估方法，其特征在于：当无人机集群编队模式为圆形时，评估函数：

其中Abs()表示绝对值函数。

4.一种无人机集群队形脆弱性评估系统，用于实现权利要求1-3中任一项所述的无人机集群队形脆弱性的评估方法，其特征在于：包括以下模块：

集群信息获取模块：通过雷达获取无人机集群的信息，包括无人机集群初始数量、编队方式、空间位置以及通信拓扑结构；

集群控制模块：通过集群信息获取模块所获取的无人机集群信息，构建出无人机集群的控制模型；

集群队形评估模块：根据集群控制模块输出的无人机集群控制模型，对集群队形评估，并输出评估值；

队形脆弱程度计算模块：针对不同的队形干扰通过集群信息获取模块得到集群的空间位置信息和通信拓扑结构，计算不同干扰下的队形评估值，然后计算出集群的脆弱程度并输出。