[发明专利]基于时变网络拓扑的无人机编队方法

说明书

本发明公开了一种基于时变网络拓扑的无人机编队方法，属于无人机控制技术，其包括S1无人机向其邻居无人机发送其t时刻的速度和位置，并接收来自于其邻居无人机发送的t时刻的位置和速度；S2根据无人机与其所有邻居无人机t时刻的位置和速度，计算无人机的编队控制器的输出u_i(t)；S3根据无人机t时刻的输出u_i(t)、速度和位置，计算无人机下一时刻的速度和位置，并调整无人机；S4判断无人机t+1时刻的速度和位置是否满足设定条件，若满足，则完成编队，否则，令t＝t+1，并返回步骤S1。本方案的编队方法解决了在通信环境较差，多条通信链路不能很好维持情况下，无人机很难形成设定的编队队形航行至目的地的问题。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种基于时变网络拓扑的无人机编队方法。

背景技术

无人机在实际应用中获得越来越广泛的关注，比如灾难援助，农业，电力传输等等。这些任务往往需要多架无人机来协同，通过信息交互和传输，更加高效地完成任务。研究表明，多架无人机保持有序的编队能够节约能源消耗，同时使它们之间的通信链路更加稳定。因此，研究由多架无人机组成的无人机系统的编队具有重要意义。

现有的很多技术都能控制多架无人机形成设定的编队，其中以基于一致性问题的控制技术为主。很多已经被提出的算法基于固定的网络拓扑，然而在实际中，由于时变的网络通信环境，导致某些链路可能在某些时刻链接失败，使得固定网络拓扑的要求很难被达到。

现有的关于切换网络拓扑的技术，大多受限于联合连通条件，也就是说，时变的网络拓扑被要求在一定时间段内的联合网络拓扑图是连通的，这样的限制依然是较为严格的。因为链接失败的链路是随机的，很多时候也并不能保证联合连通条件被满足。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于时变网络拓扑的无人机编队方法解决了在通信环境较差，多条通信链路不能很好维持情况下，无人机很难形成设定的编队队形航行至目的地的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于时变网络拓扑的无人机编队方法，其包括：

S1、无人机向其邻居无人机发送其t时刻的速度和位置，并接收来自于其邻居无人机发送的t时刻的位置和速度；

S2、根据无人机与其所有邻居无人机t时刻的位置和速度，计算无人机的编队控制器的输出u_i(t)：

其中，K₂＝-K₁为控制矩阵；ξ_i(t)＝[x_i(t)，v_i(t)]^T，x_i(t)、v_i(t)分别为无人机i在t时刻的位置和速度，[.]^T为转置；f_i、f_j分别为无人机i、j的编队信息；h(t)为t时刻航行路线用编队中心轨迹，为常数，σ为系统控制增益；Δh_v(t)为编队中心轨迹在相邻时间步上速度的变化；链路连通时，w_ij(t)＝1，否则，w_ij(t)＝0；N为无人机i邻居无人机总架数；

S3、根据无人机t时刻的输出u_i(t)、速度和位置，计算无人机t+1时刻的速度和位置，并根据无人机t+1时刻的速度和位置调整无人机；

S4、判断无人机t+1时刻的速度和位置是否满足设定条件，若满足，则完成编队，否则，令t＝t+1，并返回步骤S1。