基于智能技术的多无人机协同编队飞行

摘要

无人机因其诸多优点使得其在军事领域有着广泛的用途，多无人机的编队飞行是无人机在军事领域应用中的重要方式之一。围绕着多无人机编队队形的变换过程，编队飞行可以分为编队集结、编队保持和编队重构三个部分，本文重点研究了无人机编队集结和编队保持。
　　在多无人机的编队集结中，依据各无人机的空中机位实时进行在线航路规划，采用航程调整为主、速度调节为辅、绕圈等待等措施，以最小集结时间为目标完成多架无人机的协同编队飞行，多架无人机同时到达集结区域。通过改变圆弧半径调整待飞航程长度和改变发动机推力调整飞行速度，实现对集结时间的调整，当弧线航程调整和飞行速度调整不能满足集结时间的一致性时，采用单机或多机绕圈等待的方式协同多机的集结时间。
　　本文研究了多无人机的相对运动学模型和多无人机编队保持的控制策略，提出了单长机和多僚机协同飞行时的编队保持控制律，即以长机飞行航线为实时变动的基准航线，各僚机以基准航线的偏置位置作为各自目标航线跟随飞行，通过航向角和速度的修正来实现编队保持。各僚机以滚转角控制为基本动作调节与长机的侧向相对位置，以发动机推力调节飞行速度来调整僚机与长机的前后距离，实现编队队形的保持。由于编队保持控制回路为多参数控制，其中航偏角、横向距离、纵向距离、高度差以及高度变化率等均存在控制增益。因此本文采用基于化学反应的智能参数寻优算法来确定各控制增益的取值，以实现合理的编队飞行。
　　针对某任务中对靶机编队飞行的要求，设计了二架靶机编队飞行控制的总体实施方案，并进行了编队飞行试验，结果验证了本文提出的编队集结与编队保持策略的可行性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1课题背景与意义

1.2编队集结

1.3编队保持

1.4论文的主要内容与章节分配

第二章 无人机的数学模型

2.1常用坐标系及其坐标转换

2.2无人机的数学模型

2.3无人机的运动学模型

2.4本章小结

第三章 编队系统的集结

3.1无人机编队控制问题描述

3.2时间一致的航路调整集结策略

3.3 仿真与试验

3.4本章小结

第四章 编队系统的队形保持

4.1多无人机的相对运动学模型

4.2编队保持控制策略设计

4.3化学反应优化算法的参数寻优

4.4仿真试验

4.5飞行试验

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1论文总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文