[发明专利]一种异构无人机群自主防御群集算法

说明书

无人机可以在复杂战场环境中执行运输任务。然而，单架无人机由于功率和功能有限，无法满足任务要求。为了克服这一问题，本文从无人机群协同控制和自主防御的角度出发。为解决无人机群执行物质运送过程中的防御问题，提出了一种异构无人机群自主防御群集算法，提出了防御无人机的运动控制方程，并在聚集过程中将防御无人机部署在普通运输无人机的外围，形成新的异构无人机群体。其次，提出了包括位置和角度在内的代价函数，使防御性无人机尽可能均匀地部署在普通运输无人机的外围。最后，通过理论分析和实验验证了该算法在不同无人机数量情况下的有效性。防御型无人机可以均匀地分布在普通运输无人机的外围，形成一组具有自主防御能力的无人机群。

技术领域

本技术属于无人机智能协同技术领域，主要提出了一种异构无人机群自主防御群集算法，用于在无人机群运输物质的时候，防御无人机将运输无人机保护在无人机群组中心，从而形成一个具有自主防御能力的无人机群。

背景技术

目前，无人机在军事和民用领域得到了非常广泛的应用。无人机可以被用于电力寻检、农业保险以及环境评估等领域。不过单架无人机由于其功能单一和能量限制。无法应用在复杂的任务环境下，而多无人机组成的无人机群由于可以包含多架功能不同无人机。目前对于无人机聚集算法研究多停留在仿生的角度出发，比如狼群、鸽群和鸟群算法等。这些算法都是基于单种类的粒子节点。并没有做出分工。而在实际条件下，人类创造的无人机却不是一种节点，比如人类在战争中执行的轰炸任务就会有轰炸机和战斗机两种。而在复杂的战场环境下，无人机群可以满足战场运输物质任务的需求。在无人机群运输物质的时候，需要有武装无人机对普通运输无人机群进行防御保护。

所以从该点出发，设计了一种异构自主防御无人机群集算法，该算法可以在无人机聚集成无人机群的过程中，聚集成为一种异构自主防御的无人机集群算法。

发明内容

为此，本发明所要创新的技术关键点在于为运输任务的无人机提供了一种异构自主防御无人机群算法。通过控制在无人机形成群集的过程将两类无人机聚集成一种武装防御无人机部署在普通运输无人机外围的无人机群集。并且通过模拟退火算法来优化算法，形成目标编队的无人机群。具体提供了一种异构无人机群自主防御群集算法，包括如下步骤，

步骤一：建立代价函数模型，将初始无人机位置坐标通过此代价函数模型计算初始的代价值，并且在此初始化模拟退火算法温度，终止温度e，降温因子S及判断阈值m＝0.2；

步骤二：根据步骤一的初始无人机的位置信息，计算在该系统中每架无人机受到合力大小，通过上述无人机所受的合力计算该无人机的位移量，并且与初始状态的无人机位置做向量加法运算得到下一个位置的坐标；

步骤三：将步骤二得到的位置坐标带入到上述代价函数模型中计算该位置下的代价值；

步骤四：计算由前一时刻位置坐标计算出来的代价值减去后一时刻位置坐标计算出来的代价值的差值，若该差值小于0，记录该后一时刻坐标点位置作为下一次迭代的初始位置点；若计算的差值大于等于0，此时由系统生成一个[0,1]之间的概率值，当该数小于m的时候接受目前的无人机的位置坐标点作为下一次迭代的初始值；若生成的概率值大于等于m，则由随机生成一个服从高斯分布防御无人机的运动角度θ，并且通过防御无人机运动控制方程计算防御无人机下一步移动的位置坐标，并且根据这个防御无人机的位置坐标和目前的普通运输无人机的位置计算在当前状态下的代价值，如果代价值小于目前的位置计算的代价值，就用这个防御无人机的位置信息替代目前状态下的防御无人机的位置信息，否则不做任何处理；

步骤五：当没有找到最优解或者温度未能小于设定终止温度e时候返回步骤二，而后当前温度乘以降温因子s得到一个低温数值；如果温度低于终止温度e，则算法退出迭代，最后形成一个具有自主防御能力的无人机群。

进一步地，通过防御无人机的移动方程计算防御无人机下一步移动的位置坐标，通过以下过程实现，

定义由普通运输无人机组成的无人机群中心为：