UAV集群自主協(xié)同決策控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)集群協(xié)同作戰(zhàn)是一種全新概念的作戰(zhàn)模式，具備智能化程度高、不確定性因素多以及任務(wù)環(huán)境復(fù)雜等諸多特點(diǎn)，自主決策與控制是實(shí)現(xiàn)UAV集群協(xié)同作戰(zhàn)的關(guān)鍵，對(duì)于提高多UAV的整體作戰(zhàn)效能起著至關(guān)重要的作用。本文以系統(tǒng)工程、人工智能、自動(dòng)控制和信息融合等學(xué)科的最新理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)UAV集群自主協(xié)同決策控制的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究分析。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下：
　　(1

2、)在UAV個(gè)體具備一定智能的基礎(chǔ)上，首先分析了UAV集群協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)的基本組成、系統(tǒng)特點(diǎn)和具體的作戰(zhàn)流程，然后結(jié)合多智能體理論分析了UAV集群協(xié)同決策控制系統(tǒng)的組成、子系統(tǒng)功能以及功能特性并針對(duì)傳統(tǒng)有限集中/分布式結(jié)構(gòu)的不足，提出了基于 Agent服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的集中/分布式?jīng)Q策控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，最后列舉并分析了UAV集群協(xié)同決策控制的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。
　　(2)針對(duì)大規(guī)模且存在多約束條件的UAV協(xié)同任務(wù)預(yù)分配問(wèn)題，并為了避免傳統(tǒng)進(jìn)化算法

3、易陷入局部最優(yōu)的缺陷，設(shè)計(jì)了求解兩級(jí)UAV任務(wù)預(yù)分配的離散粒子群算法。首先結(jié)合任務(wù)的約束特性，將大規(guī)模UAV任務(wù)分配問(wèn)題分解為集群級(jí)和編隊(duì)級(jí)兩類子問(wèn)題，然后分別建立了數(shù)學(xué)模型，最后根據(jù)模型特點(diǎn)與約束類型，設(shè)計(jì)了求解這兩類問(wèn)題的矩陣二進(jìn)制編碼粒子群算法和帶有移位操作的整數(shù)編碼粒子群算法。仿真算例表明，與傳統(tǒng)進(jìn)化算法相比，這兩種算法收斂速度更快，全局尋優(yōu)能力更強(qiáng)。
　　(3)針對(duì)UAV三維實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃約束條件復(fù)雜、不確定因素多、實(shí)時(shí)性

4、要求高的特點(diǎn)，提出了基于模型預(yù)測(cè)控制和自適應(yīng)差分進(jìn)化算法的UAV三維航跡規(guī)劃方法。針對(duì)UAV單機(jī)航跡規(guī)劃，首先采用模型預(yù)測(cè)控制和滾動(dòng)優(yōu)化思想建立了UAV三維實(shí)時(shí)航跡規(guī)劃模型，然后利用模糊控制理論設(shè)計(jì)了威脅增益模糊控制器，使得UAV在遭遇突發(fā)威脅時(shí)能夠快速逃離，最后給出了求解航跡的自適應(yīng)差分進(jìn)化算法，仿真算例表明該方法能夠使UAV在飛行過(guò)程中實(shí)現(xiàn)地形跟隨與威脅回避，并能對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境作出快速響應(yīng)，且具備較好的實(shí)時(shí)性；在UAV單機(jī)航跡規(guī)劃的基礎(chǔ)

5、上，針對(duì)考慮時(shí)間協(xié)同的多UAV航跡規(guī)劃，提出了“分布式同步進(jìn)化-集中式速度協(xié)商”的求解框架，仿真算例表明使用該框架進(jìn)行UAV協(xié)同航跡規(guī)劃，UAV能夠同時(shí)到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。
　　(4)針對(duì)存在移動(dòng)目標(biāo)和移動(dòng)威脅的動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，提出了基于啟發(fā)式預(yù)測(cè)窗口的UAV編隊(duì)協(xié)同飛行軌跡控制方法。首先利用強(qiáng)跟蹤濾波對(duì)移動(dòng)目標(biāo)或威脅進(jìn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)并推導(dǎo)了啟發(fā)式預(yù)測(cè)窗口的計(jì)算公式，然后根據(jù)滾動(dòng)優(yōu)化思想和矢量夾角原理建立了軌跡控制模型并利用最速下降法進(jìn)行求解，