无人机集群编队自主协同控制方法综述

自主协同控制是实现无人机集群高效协同编队的一种主流控制方法,属于当前无人机控制领域的研究热点和难点。论文首先从两类无人机集群编队自主协同控制主流类型切入。然后,重点对集中式控制类型中的领航者-跟随者法、虚拟结构法,和分布式控制类型中的人工势场法、行为法、一致性理论法、深度强化学习法等典型方法的基本思想、特点和最新研究进展进行了对比分析。最后,对无人机集群编队自主协同控制方法的发展趋势进行展望,以期为后续研究提供参考。

无人机集群编队自组网可靠性评估

针对无人机集群编队自组网的可靠性评估问题,考虑无人机集群编队在执行任务时对信息交互的时效性需求,提出一种自组网可靠性评估方案.首先,分析消息传输的可用时间;其次,通过排队论建立消息传输延迟模型以计算消息传输所需时间;然后,以消息传输所需时间小于可用时间的概率作为评估指标建立消息传输可靠性计算模型,进而为无人机集群编队提供一个动态可靠性评估框架以适应集群编队体系配置和环境变化的随机性与时变特性;最后,仿真分析在不同传输任务需求下,编队构型、无人机数量、编队缩放因子、传输速率、信息交互强度以及环境干扰对消息传输可靠性的影响.仿真结果可以为集群编队的队形设计以及集群编队的体系配置提供一定参考依据.

基于OSDK的分布式无人机集群控制系统设计与验证

针对当下无人机集群平台可靠性低、实用性差的问题,提出基于Onboard SDK的分布式无人机集群控制系统(Distributed UAV Swarm Control System, DUSS)设计方案。首先,基于模块化思想,将DUSS分为控制模块、执行模块与监控模块,控制模块与监控模块利用自组网通信方式与ROS分布式通信机制,实现对异构集群的分布式控制,OSDK的使用在降低模块间耦合度的同时实现控制模块与执行模块的交互,其对底层控制逻辑的封装可减少时间成本;其次,在考虑真实物理环境中的惯性因素的基础上对人工势场法进行改进,设计一种一致性联合虚拟势场(CVPF)编队算法,解决目标不可达问题并使用DUSS进行演示;最后,通过试验证明DUSS在保证避碰的前提下可实现编队飞行、队形保持以及队形变换等功能,验证了DUSS作为分布式无人机集群平台的可行性与CVPF算法的稳定性。

面向监控的井下无人机集群系统与关键技术

井下监控系统通常是固定布设且布设范围有限,难以完全满足井下安全生产的动态监控需求,且井下单架无人机因无线通信距离有限,导致其监控能力较弱。针对上述问题,提出了一种面向监控的井下无人机集群系统,并从井下无人机集群飞行与规避协同控制、数据链组网、矿井巷道环境地图创建、井下无人机姿态与位置估计、动态障碍物检测、路径规划等方面详细介绍了系统实现的关键技术。地面调度中心通过设置在井下监控分站的网关节点向井下无人机集群发布调度命令,井下无人机编队采用"一"字形队列沿矿井巷道集群飞行,在进入指定区域后通过所搭载的视频传感器与环境监测传感器对井下指定区域进行监控,并通过多无人机协作方式将所监测的视频信息与环境参数传输到井下监控分站,实现对井下目标区域的自主动态监控。井下无人机集群系统具有覆盖范围广、监测能力强等优点,通过协同控制多架井下无人机提高了监控效率,通过无线多跳的方式解决了井下无人机单架平台无线通信距离受限的问题,有利于监测与控制信息的传递。

有/无人协同探测编队指挥控制系统结构设计

针对有人机动雷达/无人机集群(manned mobile radar/unmanned aerial vehicle cluster,MMR/UAVC)编队指挥控制系统结构设计问题进行了研究。以未来无人机蜂群探测任务为背景,提出MMR/UAVC协同探测作战模式,结合编队组织结构和作战流程,对指挥控制系统总体设计提出具体要求。在此基础上,设计了包括决策规划层、协同控制层和效能评估层的递阶式指挥控制系统结构,概括了各层次主要功能与逻辑关系。对指挥控制系统的关键模块和支撑技术进行了分析。