[发明专利]一种无人机集群队形及性能脆弱性评估方法及系统

摘要

本发明提供了一种无人机集群队形以及性能脆弱性的评估方法及系统。包括步骤1：获取无人机集群的信息；步骤2：构建改进的无人机集群的控制模型；步骤3：结合步骤2的无人机集群的改进控制模型，根据队形驱动力构建集群的队形评估函数；步骤4：计算集群队形应对干扰的脆弱程度；本发明通过量化队形脆弱程度和集群性能脆弱程度来体现集群对不同干扰的反应程度，从而在集群设计时有针对性的对集群节点进行改进，提高无人机集群任务完成效率。

主权项

1.一种无人机集群队形脆弱性的评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：获取无人机集群的信息，包括无人机集群初始数量、编队方式、空间位置以及通信拓扑结构；步骤2：根据所获取的无人机集群的信息，构建改进的无人机集群的控制模型；其中其中:x_i(t)和v_i(t)分别为第i个无人机在t时刻的位置和速度，常数α用来衡量群体中质点间的相互作用大小,a_ij(x)是无人机个体之间的信息交流权重，依赖于无人机个体i和个体j之间的相对位置，用来描述两无人机之间的相互作用强度，N表示无人机数目，b_ij表示集群演化过程中无人机之间的排斥力系数，C表示一个距离常数，当无人机之间的距离小于该值，则它们之间存在排斥力，||·||表示向量的2范数，ε是一个正的常数，取值通常小于0.5，F(x_i)是队形驱动力，β和γ分别为排斥力和目的地驱动力，θ为无人机个体速度方向与目的地方向夹角角平分线的方向，取值为[0,π]，β和γ为常数表示系统对这两项的依赖程度，通常分别取和1。步骤3：根据步骤2中改进的无人机集群的控制模型以及队形驱动力F(xi)，构建集群的队形评估函数：其中Exp表示以自然数e为底的幂函数，表示第i架无人机t时刻的理想位置，理想位置根据集群的编队方式由模型(2)‑(4)来确定；当集群有多个通信连通子集，所述通信连通子集是由能相互通信的无人机组成的集合，则集群整体的队形评估函数f通过式(6)计算：其中n*表示连通子集的数目，ki表示第i个连通子集无人机数占总无人机数的比例,fi表示集群第i个连通子集队形评估，通过(5)计算，此时(5)中的N等于该连通子集中的无人机数；步骤4：根据队形评估函数计算无人机集群队形应对干扰的脆弱程度；Rf＝(fh‑fmin)(fh‑fl)   (7)fh表示干扰前的集群队形评估值，fmin表示集群受到干扰后队形评估值的最小值，fl表示集群受到干扰稳定之后队形评估值，fh、fmin、fl由步骤3中的式(5)和式(6)计算得出。