[发明专利]基于连续通信的多无人机编队一致性控制方法

说明书

本发明提供了基于连续通信的多无人机编队一致性控制方法，可适应多种通信网络拓扑结构形式，避免了集中式控制全部无人机与控制中心连接的网络拓扑形式，通信网络选择的灵活性，为无人机编队应用带来了更好的可扩展性、容错性与适应性；分布式架构去除了集中式控制架构中的控制中心，因此不存在因中心控制节点毁坏编队失效的现象；控制无人机编队的计算任务，由控制中心分散到成员无人机的机载计算机，大幅提高了编队整体计算能力，解除了计算能力引发的性能瓶颈；无人机无需和控制中心通信，只需与成员无人机间保持通信即可，大大降低了网络通信量，并且无人机与编队成员间通信距离远小于与控制中心通信距离，的通信抗干扰能力与可靠性大幅提高。

技术领域

本发明属于无人机制导控制技术领域，具体涉及基于连续通信的多无人机编队一致性控制方法。

背景技术

多无人机编队飞行是指多架无人机编排成一定的队形一起飞行的形式。编队控制技术贯穿于多无人机编队飞行的整个过程中，对于任务的顺利开展和完成具有重要的意义。

当前无人机编队控制多采用集中式架构控制方法。集中式控制架构需要设置一个控制中心，该中心掌控全局状态信息，负责控制算法解算与指令生成，并通过通信链路向成员无人机发送指令。成员无人机响应控制中心的指令，实现编队形成、保持、变换等控制功能。控制中心可设置在地面，也可搭载于编队无人机中。集中式控制架构能够从全局上对无人机编队控制问题进行处理，目前广泛用于各类无人机编队控制应用中。

然而，集中式架构的编队控制方法很难适用于信号干扰，环境复杂多变的任务场景中。主要制约因素有以下三个方面。

(1)集中架构控制严重依赖无人机与控制中心间可靠通信。无人机编队与控制中心间，需通过稳定可靠的通信链路传送状态信息与控制指令。随着编队无人机数量增多，网络传输量显著增多，这对系统通信带宽、抗干扰性均提出了很高的要求。在军事与民用领域，无人机编队将在更恶劣的飞行环境下应用。例如：在未来信息化、网络化、体系对抗作战环境下，电磁干扰是无人机集群对抗的主要方式；无人机编队在电力巡检应用中，不可避免地受到强电磁环境干扰。

(2)控制中心成为系统性能瓶颈。编队的全局状态信息与控制信号全部集中于控制中心，如果控制中心处理能力达到上限，将制约编队系统性能进一步提升。此外，控制中心如果发生故障或受到攻击被摧毁，将导致整个编队系统瘫痪，系统结构的鲁棒性差。

(3)控制中心难以保证系统实时性。由于所有编队控制的计算均集中在控制中心，导致其计算量大，求解复杂无人机编队控制往往耗费大量计算时间，无法满足实时性要求。

上述因素严重制约了集中架构的无人机编队在现实场景中的应用。面对越来越复杂的无人机编队应用场景，有必要建立一种分布式的编队控制方法，解决无人机控制中心的通信依赖、性能瓶颈与实时性问题。多无人机连续通信一致性控制算法可应用于分布式架构的无人机编队控制系统构建中。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供基于连续通信的多无人机编队一致性控制方法，通过编队无人机交换协同状态信息，构建状态一致性控制器，分布式地计算生成控制指令，控制实现无人机一个或多个状态趋于一致。本方法可作为无人机编队控制架构的基本控制器，并且可灵活选择通信网络拓扑结构，有效避免了控制中心节点带来的问题。

一种基于连续通信的多无人机编队一致性控制方法，包括如下步骤：

步骤1、建立N架无人机间通信网络，用Laplacian矩阵描述无人机间通信拓扑结构；其中，N≥2；

步骤2、选定无人机的至少一个飞行状态量组成状态向量x_i，作为协同状态，得到无人机的动力学模型设计分布式的一致性控制器：