[发明专利]基于分布式共识机制的无人机集群领航者选择方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式共识机制的无人机集群领航者选择方法，包括：S1，领航者向跟随者发送心跳信号；S2，当未接收到心跳信号时，跟随者计算资质值，发送投票请求；S3，比较自身资质值和接收到的资质值，若自身资质值不小于其他资质值，则对自身投票，若其他资质值大于自身资质值，则对资质值最高的跟随者投票；S4，统计获得的投票，若获得大于一半的投票，则发送领航者确认状态信息，若未获得大于一半的投票，且未接收到信息，则计算投票请求再次发送时间；S5，在发送时间之前若接收到投票请求，则对相应的跟随者投票，若未接收投票请求，则发送投票请求，对自身投票，进行S4。本发明能够完成领航者的共识选举，保证集群的稳定性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及无人机集群控制技术领域，具体涉及一种基于分布式共识机制的无人机集群领航者选择方法。

背景技术

无人机作为新型飞行器，相比有人飞行器，具备可靠性高，生产成本低，有效载荷大，可维护性强等诸多优势，在各个领域均得到广泛应用。传统上，无人机以个体为任务执行要素，然而，单体无人机一旦出现故障或者无法继续行动，将直接导致目标任务的失败。相比于单体无人机，多无人机系统和无人机集群在执行任务时不会因无人机个体出现问题而导致任务失败，具有多机协同、多机冗余资源、大范围行动能力等优势，能够以集群整体为行动视角，具备顺利遂行任务的足够潜力。因此，关于多无人机系统和无人机集群的相关技术也成为当前研究热点。

无人机编队飞行控制是保证无人机集群系统正常工作的基础，目前无人机集群运动控制的主要方法包括：领航跟随法、人工势场法、一致性协议法和基于行为法等。其中，领航跟随法是在无人机集群中指定一个领航者，其他均为跟随者，通过对领航者状态信息的共享和对领航者的控制实现对整个无人机集群的运动控制。在部署层级架构的无人机集群编队飞行中，领航者作为集群编队行动的控制中枢，其可靠长时间的存在是集群安全飞行并遂行任务的基本保证，当领航者出现故障或者无法承担领导角色时，无人机集群将面临崩溃、解散或效能腰斩的风险。为避免领航者出现问题而导致无人机集群混乱或崩溃，传统上通过固定备选领航者的方法来指定下一个领航者。然而，传统的固定备选领航者的方法在实际运用时，存在着集群重构行为僵化，重组过程中鲁棒性极弱，难以应对灵活多变的复杂环境，无法真正解决集群崩溃的风险等诸多问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本发明提供一种基于分布式共识机制的无人机集群领航者选择方法。

本发明的技术方案如下：

提供了一种基于分布式共识机制的无人机集群领航者选择方法，包括以下步骤：

S1，无人机集群的领航者以预设时间间隔向无人机集群的跟随者发送心跳信号；

S2，当超过设定时间未接收到领航者的心跳信号时，各个跟随者根据自身特征和当前无人机集群状态计算自身资质值，并向其他跟随者发送包括自身资质值的投票请求；

S3，各个跟随者比较自身资质值和在预设接收时间内接收到的所有资质值，若自身资质值不小于其他资质值，则对自身进行投票，若存在其他资质值大于自身资质值，则对资质值最高的跟随者进行投票并回复投票信息，其中，若资质值最高的跟随者包括多个，则根据投票请求的接收时间前后顺序选择多个跟随者中的一个进行投票；

S4，各个跟随者实时统计获得的投票，若获得大于一半跟随者的投票，则向其他跟随者发送领航者确认状态信息，并以预设时间间隔向其他跟随者发送心跳信号，若未获得大于一半跟随者的投票，且在预设投票时间内未接收到领航者确认状态信息，则根据自身资质值计算投票请求再次发送时间，并进行步骤S5；

S5，各个跟随者在投票请求再次发送时间之前若接收到其他跟随者的投票请求，则立即对投票请求对应的跟随者进行投票，回复投票信息，并重新进行步骤S4，若未接收其他跟随者的投票请求，则向其他跟随者发送投票请求，对自身进行投票，并重新进行步骤S4。