本申請(qǐng)涉及無人機(jī)，尤其涉及一種仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法及無人機(jī)。

背景技術(shù)：

1、無人機(jī)集群密集飛行時(shí)，通過主動(dòng)控制群體密度和面積模仿鳥群形態(tài)，能夠有效隱蔽于自然環(huán)境，從而提高任務(wù)成功率。由于無人機(jī)集群個(gè)體數(shù)量眾多、機(jī)間交互復(fù)雜，現(xiàn)有方法難以實(shí)現(xiàn)其密度和面積的有效控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法及無人機(jī)，無人機(jī)集群采用分布式控制方式，無需控制每架無人機(jī)，通過調(diào)整控制模型中相關(guān)參量便可達(dá)到無人機(jī)集群協(xié)調(diào)一致飛行的效果，并靈活調(diào)控集群的密度和面積，進(jìn)而達(dá)到無人機(jī)集群飛行過程中模仿鳥群形態(tài)的目的。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，包括：

3、對(duì)無人機(jī)集群中的無人機(jī)的位置和速度進(jìn)行初始化；

4、計(jì)算所述無人機(jī)集群中的無人機(jī)所受到的相互作用力，其中所述相互作用力包括對(duì)齊力和基于蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥力；

5、根據(jù)無人機(jī)個(gè)體所受的合力更新其速度和位置；

6、計(jì)算無人機(jī)集群穩(wěn)定后的面積，若不滿足期望，則重復(fù)調(diào)整無人機(jī)之間的排斥距離，直至控制無人機(jī)集群達(dá)到期望的密度和面積。

7、可選的，所述無人機(jī)集群中的無人機(jī)所受到的相互作用力包括：

8、將無人機(jī)視為二維運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，并指定所有無人機(jī)質(zhì)量具有相同的單位質(zhì)量，建立其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程滿足：

9、

10、其中，分別為無人機(jī)i的位置向量、速度向量和加速度向量；

11、令t時(shí)刻的控制輸入為：

12、

13、其中，和分別為對(duì)齊力和基于蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥相互作用力。

14、可選的，所述對(duì)齊力是指無人機(jī)i受到的來自通信范圍r內(nèi)無人機(jī)的速度對(duì)齊力，作用是使無人機(jī)i朝著相同的方向移動(dòng)，滿足：

15、

16、其中，cv為對(duì)齊力系數(shù)，中ei(t)為t時(shí)刻＜θi(t)＞的單位方向向量；

17、＜θi(t)＞表示t時(shí)刻無人機(jī)i鄰居的平局運(yùn)動(dòng)方向滿足：

18、

19、其中ni＝{j∣||pi-pj||2＜r,j≠i}，表示t時(shí)刻無人機(jī)i的鄰居集合。

20、可選的，所述蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥力用以使相鄰的無人機(jī)之間保持固定的排斥距離，所述蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥力形式為：

21、

22、其中，ò表示勢(shì)能井的深度，σ表示互相作用的勢(shì)能正好為零時(shí)的兩體距離，r表示相鄰的無人機(jī)之間的距離；

23、蘭納-瓊斯勢(shì)相應(yīng)的兩體作用力為：

24、

25、其中，r表示兩體之間的距離向量。

26、可選的，根據(jù)無人機(jī)個(gè)體所受的合力更新其速度和位置包括：基于吸引-排斥力形式以及相應(yīng)的兩體作用力進(jìn)行無人機(jī)集群面積演化。

27、可選的，控制無人機(jī)集群達(dá)到期望的密度和面積包括：

28、令相鄰的無人機(jī)之間保持固定的排斥距離從預(yù)設(shè)距離范圍進(jìn)行變化，并保持感知距離始終大于所述排斥距離指定值，并進(jìn)行無人機(jī)集群面積演化。

29、本申請(qǐng)實(shí)施例還提出一種無人機(jī)，所述無人機(jī)飛行在無人機(jī)集群內(nèi)，其包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如前述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法的步驟。

30、本申請(qǐng)實(shí)施例的無人機(jī)集群采用分布式控制方式，無需控制每架無人機(jī)，通過調(diào)整控制模型中相關(guān)參量便可達(dá)到無人機(jī)集群協(xié)調(diào)一致飛行的效果，并靈活調(diào)控集群的密度和面積，進(jìn)而達(dá)到無人機(jī)集群飛行過程中模仿鳥群形態(tài)的目的。

31、上述說明僅是本申請(qǐng)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請(qǐng)的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本申請(qǐng)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式。

技術(shù)特征：

1.一種仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，計(jì)算所述無人機(jī)集群中的無人機(jī)所受到的相互作用力包括：

3.如權(quán)利要求2所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，所述對(duì)齊力是指無人機(jī)i受到的來自通信范圍r內(nèi)無人機(jī)的速度對(duì)齊力，作用是使無人機(jī)i朝著相同的方向移動(dòng)，滿足：

4.如權(quán)利要求3所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，所述蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥力用以使相鄰的無人機(jī)之間保持固定的排斥距離，所述蘭納-瓊斯勢(shì)的吸引-排斥力形式為：

5.如權(quán)利要求4所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，根據(jù)無人機(jī)個(gè)體所受的合力更新其速度和位置包括：基于吸引-排斥力形式以及相應(yīng)的兩體作用力進(jìn)行無人機(jī)集群面積演化。

6.如權(quán)利要求5所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法，其特征在于，控制無人機(jī)集群達(dá)到期望的密度和面積包括：

7.一種無人機(jī)，其特征在于，所述無人機(jī)飛行在無人機(jī)集群內(nèi)，其包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開了一種仿鳥群的無人機(jī)集群密度和面積控制方法及無人機(jī)，涉及無人機(jī)技術(shù)，包括，對(duì)無人機(jī)集群中的無人機(jī)的位置和速度進(jìn)行初始化；計(jì)算所述無人機(jī)集群中的無人機(jī)所受到的相互作用力，其中所述相互作用力包括對(duì)齊力和基于蘭納?瓊斯勢(shì)的吸引?排斥力；根據(jù)無人機(jī)個(gè)體所受的合力更新其速度和位置；計(jì)算無人機(jī)集群穩(wěn)定后的面積，若不滿足期望，則重復(fù)調(diào)整無人機(jī)之間的排斥距離，直至控制無人機(jī)集群達(dá)到期望的密度和面積。本申請(qǐng)通過調(diào)整控制模型中相關(guān)參量便可達(dá)到無人機(jī)集群協(xié)調(diào)一致飛行的效果，并靈活調(diào)控集群的密度和面積，進(jìn)而達(dá)到無人機(jī)集群飛行過程中模仿鳥群形態(tài)的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：何明,井沛良
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍32180部隊(duì)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10