[发明专利]隐式通信下无人机协同跟踪地面目标的期望队形获得方法

说明书

本发明提供了一种隐式通信下无人机协同跟踪地面目标的期望队形获得方法，能够将几何结构与拓扑结构结合起来进行分析，得到的目标队形信息能够很好的满足预期。本发明无人机期望队形的获得方法，将几何结构与拓扑结构结合起来进行分析，得到准确的目标队形信息。具体地，针对无人机编队对地面目标的跟踪任务，考虑传感器的有限探测范围及无人机间的最短距离(防止碰撞)等约束，以无人机间的欧式距离及相对视线角度为决策变量，以使编队的拓扑结构抗毁性和跟踪任务稳定性(由几何结构决定)最大为目标函数，建立队形优化问题，应用优化问题求解算法得到期望队形。

技术领域

本发明涉及无人机编队技术领域，具体涉及一种隐式通信下无人机协同跟踪地面目标的期望队形获得方法。

背景技术

在多无人机执行任务的过程中，多无人机间往往依赖显式通信建立信息传递链路，通过通信介质与通信设备传递信息。多数文献研究了显式通信条件下的多无人机编队队形优化方法，但是在无人机进入强电磁干扰区域时，无人机间通信受阻，需要依赖隐式通信建立信息传递链路，即各无人机通过有限视野传感器探测信息。此时，多无人机需以编队的形式执行任务，防止有无人机脱离集群。由于隐式通信无法传递编队队形结构信息，需在执行任务前在无人机中载入目标队形信息。目标队形信息与多无人机所执行的任务内容相关，根据不同任务的要求不同的目标队形信息。对于对地面目标的跟踪任务，在执行任务时希望无人机排布相对紧密，使无人机探测范围的交集区域尽可能大。令被跟踪目标处于该区域内，目标将不易于脱离无人机群的探测范围，能够增强跟踪过程的稳定性，在一定程度上降低对目标的失跟率。

在隐式通信条件下，获得针对无人机编队对地面目标的跟踪任务期望队形的方法中，目标队形信息包括队形几何结构及队形拓扑(信息传递的拓扑)结构，现有技术中将队形几何结构和队形拓扑结构分开进行研究，最终得到目标队形信息。但队形几何结构与队形拓扑结构之间存在映射关系，两种结构的变化会相互影响，因此将队形几何结构和队形拓扑结构分开进行研究的方式得到的目标队形信息考虑不全面，不能很好的满足预期。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种隐式通信下无人机协同跟踪地面目标的期望队形获得方法，能够将几何结构与拓扑结构结合起来进行分析，得到的目标队形信息能够很好的满足预期。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明的一种隐式通信下无人机协同跟踪地面目标的期望队形获得方法，通过求解编队队形优化问题得到无人机编队的期望队形；所述编队队形优化问题为：

maxf(L，φ)＝ω₁f₁+ω₂f₂

其中，L为无人机间的欧式距离矩阵，φ为无人机间的相对视线角度矩阵，矩阵L和矩阵φ的对角线元素都是0；ω₁为抗毁性评价函数f₁的权重向量，ω₂为跟踪任务稳定性评价函数f₂的权重向量，ω₁，ω₂∈[0，1]，ω₁+ω₂＝1；

其中，抗毁性评价函数f₁为无向图的自然连通度与其最大自然连通度的比值；其中，所述无向图通过忽略有向图中边的方向得到，所述有向图为表示无人机集群的信息传递拓扑结构图；所述无向图的自然连通度的计算公式为N为无人机集群中的无人机总数，λ_i为所述无向图邻接矩阵的特征值；所述无向图的最大自然连通度为无向图为全连通图时的自然连通度；

跟踪任务稳定性评价函数f₂通过如下方式获得：

在目标区域X_max×Y_max内均匀排布若干点；