[发明专利]无线紫外光引导的无人机编队最优分簇队形保持的方法

说明书

无线紫外光引导的无人机编队最优分簇队形保持的方法，包括以下步骤：步骤1，编队内所有无人机搭载半球形LEDs阵列，形成紫外虚拟势场；步骤2，将编队内的无人机根据邻居无人机数目分为多个簇；步骤3，簇首无人机利用紫外虚拟势场引导簇内无人机飞行；步骤4，簇首无人机跟踪期望轨迹，其他无人机与其簇首无人机保持期望距离和方位，即可完成编队队形保持飞行任务；具有容易操控、重量轻、体积小、功耗低的特点。

技术领域

本发明属于无人机协同编队控制技术领域，具体涉及无线紫外光引导的无人机编队最优分簇队形保持的方法。

背景技术

由于无人机的灵活性高，机动性能良好，反应速度快，操作要求较低等优点，逐渐开始在军事，民用，科技等领域发挥着重要的作用。然而单个无人机续航能力不足，计算、探测和作业能力较差，采用多无人机协作的方式可以提高任务的成功率。多无人机在协同编队飞行的过程中，为了完成某一任务，需要进行队形保持和队形变换。目前，无人机主要通过无线电进行远程控制，但控制无人机的时候常因距离的因素导致不同无人机接收指令的时间不同，不便于对无人机编队队形的控制。此外，在特殊环境下，如强电磁干扰，无线电静默情况下，无人机就不能得到周围环境精确的信息，无人机也不能进行信息交流，收集到的信息也不能传递，容易导致任务失败。针对这一现状，迫切需要开发一种基于其他信息交互方式的无人机队形保持的方法，以满足实际情况的需要。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供无线紫外光引导的无人机编队最优分簇队形保持的方法，采用分簇结构将无人机编队分成多个簇，簇首无人机利用无线紫外光形成的虚拟势场对簇内无人机飞行位置进行引导，达到无人机编队飞行中队形保持的目的，具有容易操控、重量轻、体积小、功耗低的特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，无线紫外光引导的无人机编队最优分簇队形保持的方法，包括以下步骤：

步骤1，编队内所有无人机搭载半球形LEDs阵列，形成紫外虚拟势场；

步骤2，将编队内的无人机根据邻居无人机数目分为多个簇；

步骤3，簇首无人机利用紫外虚拟势场引导簇内无人机飞行；

步骤4，簇首无人机跟踪期望轨迹，簇内其他无人机与其簇首无人机保持期望距离和方位，即可完成编队队形保持飞行任务。

本发明的特点还在于，

步骤1中，半球形LEDs阵列经向和纬向均由多个排列的灯珠组成，灯珠可发出三种不同波长的紫外光，形成紫外虚拟势场，不同的波长指示不同区域，本发明将紫外虚拟势场分为三个区：预警区、通信区和识别区；每列经向LEDs发出的紫外光发散光束作为相对方位指引；

所述的三种不同波长分别是200nm、280nm、320nm。

步骤2中，将无人机编队内的成员分为多个簇，每个簇有一个簇首无人机；选择簇首的原则是每个无人机都可以作为簇首，邻居无人机最多的无人机优先成为簇首，其邻居无人机作为簇内成员；假设由m个无人机组成的无人机编队，则当前的通信链路拓扑图G＝(V,E)，V是节点集，E是边集合，具体分簇的步骤如下：

步骤2.1，根据蜂群无人机网络拓扑，遍历每个无人机的邻居节点，并将其放在邻域集合γi,i∈m中；

步骤2.2，在邻域集合γi,i∈m中查找邻居无人机数目最多的节点，将其作为第一个簇首，此簇首邻域内的无人机作为簇成员，继续遍历除了第一簇之外的节点，找到剩下节点中邻居无人机最多的节点，作为第二个簇首，剩下节点中其邻域内的无人机作为第二簇首的簇成员，按照这种方法遍历完所有节点，使每个无人机节点都在各自的簇内；

步骤2.3，完成分簇，簇与簇之间通过最近通路连接。