《有人機/無人機集群的三維協同控制研究》是依託北京科技大學，由賈永楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有人機/無人機集群的三維協同控制研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：賈永楠
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對高實時性、高對抗性的遠距離、大規模的無人機群作戰任務，為了能夠有效降低操控者的勞動強度、提高指揮效率，引入有人機代替地面站成為無人機群的操盤手。有人機/無人機集群的三維協同控制是有人機/無人機集群協同作戰任務的核心技術。本項目將該技術形式化為面向室外三維空間的基於領航者-跟隨者結構的多智慧型體系統蜂擁控制問題來解決。在系統中，有人機做領航者，負責飛行任務的分解與執行；無人機做跟隨者，跟隨周圍鄰居的飛行行為。將任務數據裝訂到有人機，依靠系統內機間通信，利用有人機的運動影響並控制整個系統的飛行行為。在考慮有人機/無人機運動約束、通信能力和控制機制的前提下，根據生物蜂擁策略設計一套高效、可靠且具有一定通用性的分散式控制方法，有效解決有人機/無人機集群的三維協同控制問題。從理論推導、仿真分析和試驗驗證三方面展開研究，為未來面向集群作戰的有人機/無人機三維協同控制提供理論支撐並牽引相關技術發展。
結題摘要
面對高威脅環境下的現代戰爭，無人機集群無疑是一種最富有希望的低成本解決方案。其中，無人機的協同控制是集群作戰的最基本、最核心的環節。如何控制一個複雜的多智慧型體系統成為一個有序的集群並且按照指定的軌跡運行下去一直是一個非常值得探討的話題。另外，大規模系統中如何有效組織這些個體形成集群也仍然是一個巨大的挑戰。這裡，我們給出了一個普適的架構可以有效解決大規模無人機集群的協同控制問題。首先，我們引入了領航者-跟隨者機制，作為組織大規模集群的一種有效方案。我們基於一致性和人工勢場法提出了一個分散式的控制協定，使得跟隨者可以跟隨領航者的行為並以領航者為基準形成一個密集的有序佇列，整個過程中個體之間不會發生碰撞。這個分散式協定的設計基於相對的位置信息和相對的姿態角信息，便於工程實現。仿真結果表明了上述方法針對大規模系統的有效性。其次，我們在上述模型基礎上引入了時變的互動關係。也就是個體之間的信息權重會隨時間發生變化。仿真結果表明，較大的權重會帶來更大的最小個體間距以及更大的收斂時間，但是會縮小速度和姿態角的變化範圍。因此，通信網路權重的選擇應根據具體需求確定。第三，我們調研了一種典型的編隊飛行任務——護航。護航任務的目標就是跟隨目標飛行器或是保護目標飛行器不被擊落。用同樣的方法，我們給出了一種分散式控制協定使得伴飛的無人機群可以以目標飛行器為基準，形成期望的時變隊形。我們進一步討論了系統的魯棒性。當某架伴飛無人機失效（比如被擊落）時，剩餘伴飛無人機可以自動重新調整隊形，繼續完成護航任務。這裡仿真了三種護航任務，密集護航、包圍護航和人字形護航，進一步證明了上述方法的有效性。最後，我們梳理了無人機群作戰的研究背景、基於生物靈感的研究方法、常見的協同控制方法和執行平台。也討論了幾種典型的作戰模式和涉及的關鍵技術。
