[发明专利]一种基于分组的多无人机编队控制方法

权利要求书

1.一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立无人机集群的通信拓扑结构；

步骤2：根据无人机集群的通信拓扑结构将无人机分为虚拟领航者、次级领航者、跟随者三类无人机；

步骤3：相邻次级领航者之间直接通信，并采用领航跟随的方法保持飞行编队；

步骤4：一个次级领航者与若干个跟随者组成一个小组，小组内以次级领航者为参考点，使用虚拟结构的方法保持飞行编队；

步骤5：根据无人机飞行的效率，设计队形的损毁重构策略。

2.根据权利要求1所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，假设有1个虚拟领航者V₀，m个次级领航者(V₁,...,V_m)，每个次级领航者和其n个跟随者组成一个小组；其中虚拟领航者只和一个次级领航者直接通信，次级领航者之间的通信拓扑结构是无向图，次级领航者与小组内跟随者的通信拓扑结构为有向图，相邻跟随者之间直接通信。

3.根据权利要求2所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，小组内次级领航者和其n个跟随者采用虚拟结构的编队策略，在编队队形中，次级领航者作为编队的参考点，根据其参考坐标和跟随者个数产生各个跟随者的期望坐标，跟随者去追踪期望坐标，而后跟随者再与所属次级领航者保持固定的角度和距离，以相同的速度以及偏航角航行。

4.根据权利要求3所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，虚拟结构所使用的坐标系和领航-跟随使用的坐标系均采用相同惯性坐标系：

虚拟结构中各虚拟点的坐标由下式生成：

其中是跟随者，U^Li是的次级领航者，R为编队距离，是偏置项，不同的值可以生成不同的队形。

5.根据权利要求1所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，损毁重构策略包括跟随者损毁策略、次级领航者损毁策略和大规模小组损毁策略。

6.根据权利要求5所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述跟随者损毁策略为：在跟随者损毁时，所管理的次级领航者记录其信息，然后在一个步长后将缺少的跟随者个数及其期望坐标发送给与其直接通信的下一层级的次级领航者，该次级领航者收到信息后，会向其跟随者发送坐标，使其跟随者成为上一层级的次级领航者的跟随者。

7.根据权利要求6所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，一个通信周期相邻层级的次级领航者仅做一次跟随者变换，下一通信周期逐级向上层传送跟随者，直至补全；末尾的次级领航者在没有跟随者之后，若上一级的次级领航者有缺失跟随者，该次级领航者将变为跟随者补充到上一层级。

8.根据权利要求5所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述次级领航者损毁策略为：当次级领航者损毁时，其权值最大的跟随者在次级领航者损毁后的一个通信周期后升为该小组的次级领航者，然后更新其自己的权值和通信表。

9.根据权利要求5所述的一种基于分组的多无人机编队控制方法，其特征在于，所述大规模小组损毁策略为：当无人机集群之间有大规模的无人机小组损毁，如U₁，U₂小组损毁时，在一个通信周期后，U₃会更新其权值为U₁，而后生成新的虚拟领航者位置，其余无人机依次更新权值。