基于有向图的蜂群无人机故障影响

基于蜂群无人机控制模型，针对虚假数据注入的故障情形，为了分析该故障情形下，蜂群无人机中故障的的影响及传播关系，采用故障传播有向图及一致性理论，开展蜂群无人机故障影响机理研究。首先，通过Dijkstra算法计算故障源到各无人机的最短路径，建立故障传播有向图；然后预测各无人机受故障影响的程度，结合蜂群无人机系统，计算一致性行为偏差的指标，并将其作为实际故障影响程度；最后，通过对预测结果与实际故障影响程度进行仿真比较，验证了所建立的故障影响机理的合理性。     

多无人机协同自适应滑模容错控制及仿真研究

针对多无人机编队飞行过程中的僚机故障问题,提出一种基于扩张高增益观测器的自适应滑模容错编队控制方法,以提高编队飞行的稳定性。根据长机-僚机法建立了五机编队的数学模型以及编队中僚机的故障模型,利用扩张高增益观测器对故障僚机三个通道的偏差故障进行观测。在编队控制器中设计了自适应滑模容错控制方法,以消除失效及偏差两种故障对僚机的影响,并运用Lyapunov稳定性理论证明了系统跟踪误差最终有界收敛。仿真结果表明,采用该控制方法无人机编队在僚机故障的情况下,仍然能够保持正常编队飞行。     

基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗方法研究

无人机集群协同对抗是当今国内外学术研究的热点问题,动态机动决策是无人机对抗最重要的研究领域之一.本文提出了一种基于动态非零和博弈的无人机集群协同对抗决策算法.首先,确定对抗双方的决策集,并通过角度、速度和距离等机动因素构造对抗双方的态势优势.其次,对无人机集群机动可选方案进行多属性评价,进一步计算双方的动态收益矩阵,建...     

作动器故障下的无人机容错控制方法

在执行任务过程中,无人机的传感器、作动器等均可能出现故障。文章针对常规布局无人机的作动器故障,提出了 1种反步法和控制分配相结合的容错控制方法。首先,建立无人机数学模型,并对作动器故障进行分类和建模;然后,根据模型设计反步最优控制器和基于控制分配的容错控制器;最后,通过仿真验证表明,所设计的容错控制方法能够实现作动器故障下的姿态快速稳定控制,且稳定性好,基本无侧滑角,各操纵面均在约束范围内,达到容错控制要求。     

基于改进贪心算法的无人机集群协同任务分配

无人机集群由于其强大的信息共享与行为协作等优势,在军事、民用及科研等领域发挥了重要作用.然而无人机集群在执行大规模任务时,任务的时间约束、时序关系以及性能要求都对集群任务的协同规划与分配提出了巨大的挑战.针对多无人机协同飞行约束下的任务分配问题,本文提出了一种基于改进贪心算法的无人机集群协同任务分配算法,在保证无人机间...     

无人战斗机空战对策研究综述

关于无人战斗机空战对策的研究已经随着无人机技术的发展与完善成为热门研究课题之一.介绍了空战对策理论的主要研究方法以及国内外学者的研究成果,同时对空战博弈模型的建立以及混合策略下期望支付函数的求解方法进行了描述,最后对无人机战斗机空战对策理论的未来发展趋势作了分析.     

基于小脑模型关节控制器的无人机集群快速终端滑模容错控制

针对受执行器故障和外界干扰影响的集群无人机（UAV）协同编队控制问题，提出了一种自适应快速非奇异积分滑模（FNISM）容错控制（FTC）方法。为使集群无人机在执行任务时具有良好的协同跟踪性能，通过对无人机实际飞行情况的分析，考虑了无人机编队飞行时的执行器故障和尾涡扰动等对跟踪性能的不利影响。采用小脑模型关节控制器神经网络（CMANN）来估计并消除外部干扰的影响，同时运用CMANN逼近补偿执行器故障。研究表明：所提出的容错控制方案可以保证无人机编队闭环系统在故障情况下的最终一致有界稳定，并且可以通过减小滑模设计参数提高收敛速度，通过增大虚拟和实际控制器参数提高控制精度。4架无人机的集群编队在该方法、基于径向基神经网络（RBFNN）的鲁棒动态面容错控制、比例微分（PD）滑模容错控制3种方法下的对比仿真结果表明该方法在无人机集群编队出现故障时具有更优异的协同控制性能。     

通信约束下异构多无人机任务分配方法

针对异构多无人机协同执行侦察和打击任务中,存在通信距离、时间延迟等约束条件下的局部任务分配问题,提出了一种基于合同网的分布式多无人机任务分配方法。首先建立了异构集群发现新目标时的局部任务分配问题模型,设计了局部无人机通信网络中的信息一致性算法,实现了任务分配过程中任务发布阶段各无人机的冲突消解。设计了任务分配过程中的联盟构建和无人机资源管理方法,使联盟中各无人机能够以更加平衡的方式消耗资源。仿真结果表明,该方法能够解决通信约束下,异构多无人机执行察打任务时,所触发的针对目标打击任务的任务分配问题,且能够获得最大的系统效能。     

多无人机协同任务分配混合粒子群算法

针对多无人机协同任务分配问题(MTAP),设计了一种综合考虑飞行航程、任务收益以及任务完成时间窗口的混合粒子群任务分配算法。首先,将粒子位置编码为一组任务分配向量,针对同时打击场景可能存在的死锁问题,设计了一种基于多打击任务有向图的死锁检测和修复算法,解码出对应一组可行的任务分配解或方案,实现粒子群算法解的离散化。另外,对于传统粒子群算法(PSO)容易陷入局部收敛的缺点,提出一种基于变邻域搜索算法的跳出局部收敛策略,并建立局部搜索启动概率准则,实现跳出局部收敛和计算开销的平衡。最后,将跳出局部收敛的策略嵌入到粒子群算法中,得到协同任务分配的混合粒子群算法(HPSO)。另外,针对新目标发现导致的初始计划失效问题,设计了一种基于匹配策略的局部任务重分配方法。仿真实验证明,所提出的混合粒子群算法能够有效解决异构多无人机同时打击场景中的任务分配问题。     

基于MILP的多无人机对敌防空火力压制

建立了基于混合整数线性规划（Mixed Integer LinearProgram,MILP）的多无人机编队对敌防空火力压制协同任务分配模型,以0-1决策变量表征无人机一任务指派关系,引入连续时间决策变量来表示任务的执行时间,并通过对决策变量之间的线性等式和不等式的数学描述,建立无人机之间和无人机执行任务之间合理的协同约束关系。采用商用软件CPLEX对模型求解,仿真验证了模型的合理性。     

基于博弈论模型的多机协同对抗多目标任务决策方法

根据多机协同对抗多目标的空战特征,以敌我双方可能的相互攻击组合方式作为策略集,由敌我双方对抗态势分析定量结果确定支付函数,建立完全信息静态博弈模型.通过求解博弈模型的混合策略纳什均衡解,并结合一定作战经验,形成任务决策方法.以无人作战飞机编队对抗敌地对空防御系统为例,对本文所研究的任务决策方法进行了验算.     

Unmanned aerial vehicle swarm mission reliability modeling and evaluation method oriented to systematic and networked mission

With the development of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system autonomy, network communication technology and group intelligence theory, mission execution in the form of a UAV swarm will be an important realization of future applications. Traditional single-UAV mission reliability modeling methods have been unable to meet the requirements of UAV swarm mission reliability modeling. Therefore, the UAV swarm mission reliability modeling and evaluation method is proposed. First, aimed at the interdependence among the multiple layers, a multi-layer network model of a UAV swarm is established. At the same time, based on the system having the following characteristics—using a mission chain to complete the mission and applying the connectivity of the mission network—the mission network model of a UAV swarm is established. Second, vulnerability and connectivity are selected as two indicators to reflect the reliability of the mission, and aimed at random attack and deliberate attack, vulnerability and connectivity evaluation methods are proposed. Finally, the validity and accuracy of the constructed model are verified through simulations, and the model and selected indicators can meet the reliability requirements of the UAV swarm mission. In this way, this study provides quantitative reference for UAV-swarm-related decision-making work and supports the development of UAV-swarm-related work.     

基于Nash均衡与进化计算的协调航迹规划

在对策论框架下研究多无人飞行器的协调航迹规划问题,提出了一种基于Nash平衡和进化计算的航迹规划算法.协调航迹规划是一个多目标合作优化问题,也是一个非合作对策问题.飞行器编队的分布结构提供了一种隐性偏好信息,有助于找到飞行器编队的最优协调航迹和最优飞行代价分配.本文算法使用特定的航迹个体表示方法和进化算子,按照层次方法处理各种航迹约束.不同飞行器间的协同和竞争关系定义在航迹评价函数里.仿真结果验证了基于博弈论航迹规划算法的可行性和优越性.     

Decision-making of Aircraft Optimum Configuration Utilizing Multidimensional Game Theory

As multi-discipline coupling and components interference often affect the aircraft configuration decision-making and analysis during conceptual design process, this article presents an approach of multidimensional game theory based on aircraft components to deal with this problem. The idea is that the configuration decision-making process is regarded as the game for different disciplines and technologies, and the aircraft components are players. The payoff function with highest total gain means that according to the game protocols and multidimensional theory, the optimal aircraft configuration within the strategy set will be chosen. The decision-making model is applied to conceptual design process of the high altitude long endurance (HALE) unmanned aerial vehicle (UAV) based on the assessment of technological risk. The obtained optimum configuration is quite consistent with the current HALE UAV development trends. Thus, taking into account the coupling and interference factors, the multidimensional gaming model based on aircraft components will be an effective analysis method in the decision-making process of aircraft optimum configuration.     

基于信息一致性的无人机紧密编队集结控制

提出了基于信息一致性的分段式无人机紧密编队集结控制策略,将集结过程分为3步:参考集结点选取和目标集结点分配、形成松散编队以及形成紧密编队。首先,以线切入预定航线的方式计算参考集结点,按照松散编队队形展开生成目标集结点,并利用基于三维距离空间的优化选择算法,将目标集结点快速、准确地分配给每架无人机。然后,使用速度一致性实现向目标集结点定点集结和向松散编队伴航集结,通过非精确的航迹控制快速形成松散编队,提高编队集结的效率。接下来,启动速度、姿态一致性来实现编队最终的精确航迹控制,并逐步压缩编队队形进入紧密编队,避免发生碰撞,完成从松散编队到紧密编队的平稳过渡,同时准确地跟踪预定航线。使用协同修正方法抑制了测量误差、协同误差和通信延迟,提高了紧密编队的稳定性和控制精度。最后,基于MATLAB平台环境对所提三维集结控制策略进行了仿真,验证了其合理性与有效性。     

Topology tracking of dynamic UAV wireless networks

Wireless network is the communication foundation that supports the intelligentization of Unmanned Aerial Vehicle(UAV) swarm. The topology of UAV communication network is the key to understanding and analyzing the behavior of UAV swarm, thus supporting the further prediction of UAV operations. However, the UAV swarm network topology varies over time due to the high mobility and diversified mission requirements of UAVs. Therefore, it is important but challenging to research dynamic topology infere...     

Robust leaderless time-varying formation control for unmanned aerial vehicle swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics and directed switching topologies

This paper tackles the robust leaderless Time-Varying Formation(TVF) control problem for the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics, external disturbances and directed switching topologies. In comparison with the previous achievements on formation control problems, the UAV swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics can accomplish the pre-designed TVF while tracking a pre-given trajectory which is produced by a virtual leader UAV in the presence of externa...     

关于多目标气动优化设计中伴随方法与对策理论的耦合研究(英文)

本文研究了多目标气动优化设计中伴随方法和对策理论的耦合问题,给出了伴随方法在每个对策策略中的具体应用和数值方法。在合作对策中伴随方法被并行地执行以共同得到Pareto阵面上的最优解;相反在Nash对策中伴随方法在Nash策略的最后被耦合起来以互相竞争的形式得到各自目标的最优解;而在Stackel-berg对策中伴随方法被分层耦合进"领头人"和"跟随者"的策略中以求解他们相互依赖的平衡解。文末的优化算例表明了本文耦合算法及其数值过程在求解多目标气动优化设计问题中的有效性。     

无人机航向测量的罗差修正研究

 针对数字式磁航向测量系统在无人机上的应用,系统地研究了任意姿态下的罗差修正问题。通过分析罗差形成的原因,提出一种更为简单的罗差修正方法和确定罗差系数的工程方法。为了减少试验工作量和试验数据的错误,用计算机检验罗差系数的正确性,并提出试验数据正确性的检验方法。实验结果表明,该方法是很有效的。这种方法不仅可用于无人机,也可用于车辆、轮船等其它运载工具。     

毫米波波束编码技术在无人机智能集群中的应用

毫米波波束编码技术由于其速率高、抗干扰能力强的优点被认为是无人机智能集群通信网络的重要解决方案。但在无人机智能集群的通信场景中,多种原因造成的机体不稳定抖动会使通信波束产生小角度偏转,引起通信质量的下降,从而影响无人机集群的控制与决策。针对这一问题,提出一种面向无人机集群通信的自适应波束设计方法。首先,根据传感器回传的机体波束抖动情况建立等效信道模型,随后利用量化的信道模型参数建立目标函数并获得理想的波束编码向量,在此基础上利用几何贪婪算法对其进行分解。仿真结果表明,提出的集群波束编码方法能够有效提高均值通信速率,同时相较于其他的系数分解算法,有效降低了计算复杂度。