基于图Laplacian的多机编队目标跟踪方法

针对多无人机目标跟踪问题中存在的相位协同时间长和跟踪目标速度受限问题, 基于图Laplacian方法提出一种分布式多机编队目标跟踪算法。首先, 将无人机编队队形控制问题转换为基于旋转、缩放和平移的运动参数组设计问题, 并通过设计编队控制律, 实现动态编队队形的精准生成与变换。其次, 将此编队队形控制方法应用到目标跟踪问题上, 通过分析不同目标速度下的跟踪情况建立相应的跟踪模型, 实现无人机编队对目标进行快速协同跟踪, 并克服跟踪目标速度限制问题。最后, 仿真结果验证了所提方法的有效性和优势。     

具有性能预设的多机编队目标跟踪控制

针对无人机编队目标跟踪中性能不可控的问题, 提出了一种具有性能预设的分布式多机编队目标跟踪控制方法。首先提出一种基于运动参数组的编队队形描述与目标跟踪方法, 实现了编队的相位预设与队形控制; 其次利用误差变换方法将有性能约束的误差问题转换为无约束误差控制问题, 并给出了一致性预设性能控制律; 然后分别设计了指数型和预设时间型性能函数, 实现了同一控制律下对不同性能的控制, 保证了编队目标跟踪过程中的收敛时间以及瞬态和稳态性能。最后，仿真证实了无人机编队能够在预期设定的性能范围内实现编队队形控制, 并成功跟踪目标。     

有人/无人机编队队形集结控制研究

针对有人/无人机(manned/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队队形集结控制问题，设计了一种基于航迹规划-跟踪的MAV/UAV编队集结控制策略。首先，考虑编队队形集结边界约束与防碰撞约束条件，设计了一种基于Dubins曲线与协同模拟退火粒子群优化相结合的编队集结航迹规划算法。然后，以规划得到的集结航迹作为期望航迹，设计了一种双回路结构的非线性路径跟踪控制方法。最后，利用Matlab软件对设计的航迹规划与跟踪控制方法进行了仿真对比实验，仿真结果验证了方法的有效性和优越性。     

基于人机合作的有人/无人机编队队形变换策略

队形变换是有人/无人机(manned/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队飞行的关键技术,为提高编队队形变换效率并减轻飞行员操纵压力,设计了基于人机合作的MAV/UAV编队队形变换策略。首先设计了MAV/UAV编队控制系统,然后在UAV运动学模型基础上设计了一种以路径跟踪为主,速度调节为辅的MAV/UAV编队队形变换策略。通过将水平转弯机动与虚拟力相结合,并考虑实际情况中编队内碰撞问题,设计了一种改进虚拟力路径跟踪方法;根据MAV与各UAV之间的路径差,设计各UAV速度控制律,使得MAV与各UAV速度与航向角一致,从而实现编队队形变换。仿真结果验证了所提方法的有效性和实用性。     

局部通信条件下多无人机协同搜索方法

针对复杂场景中障碍物、电磁干扰等因素造成的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)编队部分通信链路不可达问题, 提出局部通信条件下的协同搜索(cooperative search under local communication, CSLC)方法。首先, 根据各UAV的实时位置计算当前时刻编队通信拓扑关系, 建立UAV编队的局部互通网络。在此基础上, 综合考虑UAV通信能力和编队协同目标搜索能力, 构建基于通信链路稳定收益和协同编队收益的协同搜索模型。最后, 设定多UAV编队所需的安全距离和最大运动速率的约束条件, 保证模型能够得到最优路径可行解, 提高多UAV协同搜索效率。实验结果表明, 与现有的目标搜索方法相比, CSLC方法在保证协同搜索路径可行性的同时, 提升了多UAV协同搜索的能力。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

基于虚拟长机的无人机侦察编队控制方法

针对使用多无人机编队对周边区域实施协同侦察任务的协同控制问题,提出了以虚拟长机为编队航迹引导的分布式编队控制方法。该方法基于编队通信拓扑的分布性,以“相邻”无人机为参考估计长机状态,然后设计无人机编队的分布式线性化反馈控制器。仿真实验表明,在无人机编队沿阿基米德螺旋线实施侦察的过程中,该控制器能够使多无人机形成期望队形,并维持其稳定,同时减小编队队形误差,实现对侦察航迹的高精度跟踪。     

多无人机协同探测快速目标的控制方法设计

针对无人机(unmannd aerial vehicle, UAV)对快速运动目标的协同探测问题, 设计了一种多UAV协同探测控制算法。首先假设每架UAV都携带相同的探测载荷, 根据载荷特性设计了针对快速运动目标的UAV协同探测队形。然后引入固定时间控制一致性协议到UAV载荷角度控制中, 控制载荷持续照射目标; 引入有限时间一致性协议到UAV编队控制中, 用以形成协同探测队形, 并通过二跳网络加快队形的收敛。通过将UAV队形控制与UAV载荷的角度控制相结合, 从而实现UAV对快速运动目标探测时间的最大化, 极大的延长了高速运动目标被发现的时间。最终通过理论分析和仿真实验证明了该控制算法的有效性。     

有人/无人机编队指挥控制系统结构设计

针对有人/无人机(manned aerial vehicle/unmanned aerial vehicle, MAV/UAV)编队指挥控制系统结构设计问题进行了研究。以未来空中作战为背景,结合MAV/UAV编队作战流程和特征,基于人机合作机制，设计了MAV/UAV编队协同三层递阶式指挥控制结构,分别为任务规划层、协调控制层和功能实现层。在此基础上,分析了系统结构中关键模块如辅助决策模块、人机交互系统、编队控制管理系统和航迹规划路径跟踪系统的内容。最后，设计了人机交互系统指挥界面,并针对典型控制任务进行了仿真验证。     

基于预设性能控制的多导弹编队方法

针对多导弹编队控制问题,设计了一种既能保证编队精度又能保证在队形形成或变换过程中避免弹间碰撞的编队控制器。首先，建立领弹和从弹相对运动模型,并变换为具有级联形式的编队控制模型。然后，通过合理设置性能函数参数,基于预设性能控制理论设计能够对编队跟踪误差的瞬态过程和稳态精度进行控制的编队控制器。最后，针对队形形成和变换过程中的弹间避碰问题,通过实时改变编队期望位置并结合预设性能控制器的特点,设计了主动避碰策略。仿真结果表明，采用所提的避碰策略和编队控制器,能够使得多枚导弹在避免碰撞的前提下形成良好的编队。     

基于预设性能控制的多导弹编队方法

针对多导弹编队控制问题,设计了一种既能保证编队精度又能保证在队形形成或变换过程中避免弹间碰撞的编队控制器。首先，建立领弹和从弹相对运动模型,并变换为具有级联形式的编队控制模型。然后，通过合理设置性能函数参数,基于预设性能控制理论设计能够对编队跟踪误差的瞬态过程和稳态精度进行控制的编队控制器。最后，针对队形形成和变换过程中的弹间避碰问题,通过实时改变编队期望位置并结合预设性能控制器的特点,设计了主动避碰策略。仿真结果表明，采用所提的避碰策略和编队控制器,能够使得多枚导弹在避免碰撞的前提下形成良好的编队。     

多无人机自主编队协同制导技术的概念、设计和仿真

现代防空技术的迅速发展使得制导武器的突防效果大大下降,多飞行器自主编队协同制导技术成为提高未来制导武器作战效能的关键技术之一.定义了高动态自主编队协同制导技术的概念体系;提供编队队形生成、队形保持和控制、协同导航与航路规划、目标协同捕捉与动态分配、协同末制导等关键技术的框架结构和设计方法:并设计了适用于自主编队协同制导技术的无线自组织网络结构和组网协议,实现高动态环境下信息的互联、互通和互操作,且节点具备自主管理能力和容错能力;通过所构建的多UAV自主编队协同制导验证演示系统验证表明,系统的框架结构和设计方法有效,系统性能满足技术指标要求.     

基于强化学习的多机器人系统的环围编队控制

针对机器人对未知目标的编队跟踪问题,建立机器人运动控制模型,提出了基于强化学习的目标跟踪与环围控制策略。在强化学习策略驱动下,机器人探索发现目标点位置并展开跟踪,使用环围编队运动模型对机器人跟踪策略进行实时优化,实现对逃逸目标点的动态跟踪与环围控制。搭建了多机器人运动测试环境,实验表明结合强化学习的方法能够缩短多机器人编队调节时间,验证了多机器人环围编队控制策略的有效性。     

基于摄动的不稳定编队协同控制系统仿真

编队卫星构形精确保持是实现分布式卫星任务的关键技术。基于摄动对编队相对轨道构形的影响,针对卫星轨道半长轴有偏差的不稳定编队,设计了一种基于视线测量无主星编队的循环协同控制系统。编队中每一颗卫星跟踪自己轨道前方邻近卫星,产生一个视线测量矢量,编队的第一颗卫星追踪最后一颗卫星,产生循环编队,将编队卫星之间的视线距离作为反馈控制量来实现队形控制,文章给出了相对摄动力方程和控制系统的仿真算例,仿真结果表明,该循环协同控制系统能够实现队形控制的稳定性。     

多目标情况下无人机编队持续侦察能力的仿真

无人机(UAV)编队的规模即UAV的数量、UAV探测能力和目标强度的变化都会对UAV编队的持续侦察效能产生影响。针对水平面内常采用的交叉线搜索方式,在拟定假设条件和效能指标的基础上对UAV编队侦察体系进行建模与仿真分析。采用基于Agent的建模方法对UAV编队在多目标的情形下的持续侦察效能进行仿真分析。通过设计一组实验分析UAV规模、UAV探测能力和目标强度对UAV编队持续侦察效能的影响。结果显示UAV的规模和UAV探测能力对UAV编队的持续侦察能力影响比较大。最后根据分析的结果在相关方面提出建议。     

基于多指标正交实验设计的UAV编队配系优化

以对抗条件下,无人机（unmanned aerial vehicle, UAV）编队执行对地攻击任务为作战背景,构建多UAV对地攻击模型,利用多指标正交实验设计原理,研究编队配系的优化方法。首先,以武器类型和目标类型为对象,建立对抗双方各自的目标分配模型;其次,以目标探测、识别、杀伤和评估为基本任务,建立编队的攻击过程模型;以任务执行总代价、目标毁伤程度和任务执行时间为评价指标,建立目标函数模型;最后,将UAV的种类和数量视为实验因素和水平,研究基于正交实验设计的编队最优配系方案选择方法。实验结果表明,针对特定的任务要求,该方法可以依据现有的资源条件,得出最优的编队编组策略。     

稀薄流区的多弹协同编队构型生成策略设计

针对多枚子弹在稀薄大气层的编队飞行控制问题,进行了相关研究。基于反作用控制系统(reaction control system, RCS)的姿轨控制技术,提出一种新的协同编队策略,满足所需的空间构型约束,以实现对目标的精确定位。考虑最优空间构型约束,完成了协同制导方案设计,并利用经典的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制律实现了对子弹姿态的稳定跟踪和控制。采用脉宽脉频(pulse width pulse frequency, PWPF)调制技术将连续的控制量转换成等效的喷管开关指令,在保证姿态稳定控制的前提下有效减小了发动机的燃料消耗。仿真结果表明,该协同制导控制策略可保证子弹在飞行过程中的姿态稳定,并使其空间构型逼近最佳构型。     

双机编队飞行自适应神经网络控制设计与仿真

飞机编队飞行控制的关键技术就是保持编队队形并且跟踪指定的飞行路径.考虑到编队飞机之间的相互影响,根据相对位置和全局坐标系统(编队中心)采用混合控制结构对编队飞机进行控制,使用神经网络自适应控制技术使得两机具有良好的模型跟踪能力,以便于僚机实现良好的跟踪,保持编队之间的相对距离;同时设计三通道神经网络混合PID控制器使得飞行控制系统快速跟踪指令,保持编队队形.以两架无人机为研究对象进行仿真,结果表明设计的编队飞行控制系统具有较强的稳定性和自适应跟踪性能.     

多机载平台多目标跟踪与辐射控制

针对作战飞机编队多目标跟踪中的辐射控制问题,提出了一种多机多传感器协同多目标跟踪与辐射控制方法。该方法首先根据目标与我机编队之间的距离,利用模糊逻辑设定不同目标的跟踪精度,然后以目标跟踪精度为任务需求,在时间上控制雷达辐射。建立了目标的威胁评估模型,并根据目标相对我机的不同威胁度在空间上控制雷达辐射,选择威胁度最小的一个或几个雷达辐射。同时,利用多平台间的机载地理坐标系转换,进行多平台序贯滤波,实现传感器管理下的目标跟踪。仿真结果证明了方法的合理性和有效性,研究结论有助于提高作战飞机编队的抗侦察和抗干扰能力,从而提升整体的生存能力。     

基于分布式估计与模糊控制的多机器鱼编队控制

针对多仿生机器鱼编队控制问题,提出了一种分布式的分层控制方案。首先,各机器鱼以一致性算法为数据融合模块对编队中心位姿进行分布式估计,据此获得在编队中的期望位姿,作为路径规划模块的输入;其次,各机器鱼基于速度与方向模糊控制器,实时跟踪期望轨迹,形成和保持编队。所提方法实现了期望位置分布式估计与机器鱼个体路径规划的分离,为不同种类机器鱼的合作控制问题提供了新思路。实验结果表明了所提方法的有效性。