面向多无人机协同飞行控制的云系统架构 被引量：11

1

作者 史殿习 洪臣 +3 位作者 康颖 金松昌 张拥军 杨东 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第12期2352-2371,共20页

有限的载荷使得无人机难以承载过多的仪器设备,其极大地限制了无人机上资源的交互、共享以及无人机遂行任务多样性的能力.多无人机智能协同成为AI领域发展的主流方向,但已有的多无人机系统存在通信距离受限、数据资源分离等问题,且因网... 有限的载荷使得无人机难以承载过多的仪器设备,其极大地限制了无人机上资源的交互、共享以及无人机遂行任务多样性的能力.多无人机智能协同成为AI领域发展的主流方向,但已有的多无人机系统存在通信距离受限、数据资源分离等问题,且因网络连接的不稳定性及数据传输的延迟性,多无人机间难以实现有效的协同控制.本文提出了一种面向多无人机协同飞行控制的云系统架构UAV3CA.UAV3CA在云端为多无人机构建了一个“远程大脑”,通过PaaS抽象封装无人机及其上资源,可实现多无人机间信息数据的实时共享,并基于云端强大的存储和计算能力完成多无人机的统一规划及协同飞行控制.实验从单无人机制导和多无人机协同两个方面,对UAV3CA在网络通信的稳定性、数据传输的实时性和协同控制的有效性等方面的性能给予了验证,最终以完美的编队队形呈现出UAV3CA协同控制方式的灵活多样性. 展开更多

关键词 多无人机 云系统架构 协同飞行控制 实时共享

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多航天器协同飞行动力学分解建模与控制

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作者 曹静 袁建平 罗建军 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期147-151,共5页

研究了一种基于动力学分解的多航天器协同飞行动力学建模与控制方法.设计了分解算法,将涉及复杂运动的多航天器协同飞行动力学分解为分别反映多航天器整体协同飞行的整体系统动力学和反映多个航天器之间相对运动的队形系统动力学,且这... 研究了一种基于动力学分解的多航天器协同飞行动力学建模与控制方法.设计了分解算法,将涉及复杂运动的多航天器协同飞行动力学分解为分别反映多航天器整体协同飞行的整体系统动力学和反映多个航天器之间相对运动的队形系统动力学,且这两个子系统的动力学模型与单个航天器的动力学模型具有类似的形式;分别控制这两个子系统即可实现多航天器的队形保持、重构以及整体的大范围转移.设计了整体系统和队形系统的跟踪控制律,并利用李亚普诺夫稳定理论证明了其稳定性.仿真检验了分解算法和控制方法的有效性和合理性. 展开更多

关键词 多航天器协同飞行 动力学分解算法 整体系统 队形系统

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面向飞行器智能协同控制的分层双时延策略梯度强化学习方法

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作者 马宇 安豆 +3 位作者 林熙祥 赵建福 张光华 牛鸿敏 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期88-98,共11页

针对多飞行器智能协同控制中因规模大、环境复杂及资源受限导致的建模与协同难题,以提高决策算法效率为目标,构建了多智能体分层决策架构,提出了智能协同控制方法。首先,将飞行器作为智能体构建协同控制模型;其次,采用部分可观测马尔可... 针对多飞行器智能协同控制中因规模大、环境复杂及资源受限导致的建模与协同难题,以提高决策算法效率为目标,构建了多智能体分层决策架构,提出了智能协同控制方法。首先,将飞行器作为智能体构建协同控制模型;其次,采用部分可观测马尔可夫决策过程模型解决观测信息不全问题;然后,针对博弈环境多变和学习成本问题,提出基于集中训练分布执行的分层双时延策略梯度强化学习方法,融合有模型(model-based)与无模型(model-free)机制高效利用现有博弈环境的演化模型;最后,在分层智能决策框架下,进行典型多飞行器博弈及千次多场景的仿真验证。结果表明,新方法有效解决多飞行器协同控制问题,相较于多智能体强化学习算法MAPPO和QMIX,训练时间分别减少了51.03%和79.03%,算法效率(累积回报)分别提升了37.51%和58.73%,规避机动成功率分别提高了17.63%和39.79%。 展开更多

关键词 智能决策 多飞行器智能协同控制 分层决策 强化学习

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一种多飞行器协同的GNC系统飞行模拟平台设计

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作者 周远林 蔡彪 刘智勇 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第4期66-74,共9页

空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布... 空间站在轨组装和长期运营阶段涉及到多飞行器独立飞行、飞行器间交会对接、多飞行器组合体融合控制、多飞行器分离过程控制和飞行器返回再入等复杂飞行任务,完整、真实的飞行模拟是必需且至关重要的.基于时间同步、实时数据交换的分布式一体化仿真架构,设计了一种多飞行器协同的通用半物理制导、导航与控制(guidance,navigation and control,GNC)系统飞行模拟平台,可很好地满足复杂系统的飞行模拟需要.平台由若干灵活、可扩展的通用模拟器构成,单个模拟器通过配置可以实现任一飞行器的功能,能够独立对指定飞行器的全任务过程进行仿真.平台通过靶场仪器组B时间码(inter-range instramentation group-B,IRIG-B)信号进行时间同步,利用1553B总线完成动力学仿真数据实时交换,并在多模拟器之间通过协调机制实现热并网后进行协同仿真.该模拟平台成功应用于空间站飞行控制演练. 展开更多

关键词 空间站 多飞行器协同 半物理 制导导航与控制 飞行模拟

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多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展 被引量：160

5

作者 宗群 王丹丹 +2 位作者 邵士凯 张博渊 韩宇 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期1-14,共14页

无人机在军事和民用应用上越来越广泛,为使无人机能够更好地发挥作用,需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规... 无人机在军事和民用应用上越来越广泛,为使无人机能够更好地发挥作用,需要采用多无人机编队飞行控制来实现协同侦察、作战、防御及喷洒农药等任务.多无人机协同编队控制技术主要包括信息感知技术、数据融合技术、任务分配技术、航迹规划技术、编队控制技术、通信组网技术和虚拟/实物验证实验平台技术等.首先对国内外多无人机编队相关技术的现状和进展进行综述,然后重点对多无人机编队控制方法进行分析,并对队形设计、队形调整和队形重构等问题进行归纳总结,最后对多无人机协同编队所面临的机遇和挑战进行了展望.结果表明:目前多无人机编队飞行理论方面取得了丰硕成果,但是实物飞行试验仅能实现简单通信环境下的协同编队飞行,任务分配和航迹规划实时性不高,控制方法应对突发情况鲁棒性低,多机多传感器协同感知能力不足,欠缺对实体的仿真实现,未来的研究方向应是突破上述关键技术的不足,开展复杂感知约束和复杂通信环境下的多无人机协同编队飞行研究,提出更加有效的控制方法,并进行多无人机实物编队飞行试验,使无人机能够更好地完成既定任务. 展开更多

关键词 多无人机 协同编队飞行 任务分配 航迹规划 编队控制 感知与融合 虚拟平台/实物平台

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基于事件触发机制的多飞行器有限时间协同制导方法 被引量：3

6

作者 纪毅 李俊贤 +2 位作者 王伟 闫华杰 范军芳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期946-956,共11页

针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量... 针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量一致性误差收敛至一小区间,第二阶段利用三维比例导引律完成制导。其次,将多飞行器系统制导动力学模型整理为二阶多智能体动力学系统,并通过设计终端滑模面将其降阶为一阶多智能体动力学系统。最后,基于事件触发机制,分别设计了集中式与分布式一致性制导方法。理论分析与仿真结果验证了上述方法的有效性、有限时间收敛性与Zeno现象规避性。 展开更多

关键词 多飞行器协同制导 两阶段制导 有限时间一致性 事件触发机制 终端滑模

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多无人机协同编队飞行设计方法 被引量：4

7

作者 韩本刚 毛师彬 马岩 《兵工自动化》 2019年第12期1-4,9,共5页

为解决军事对抗训练中作战飞机协同编队飞行进袭态势的构建问题,提出一种多无人机协同编队飞行设计方法。采用单机个体路径跟踪控制与多机群体集中控制的综合设计方法,设计多无人机协同编队飞行总体架构,建立多无人机之间的相对运动关... 为解决军事对抗训练中作战飞机协同编队飞行进袭态势的构建问题,提出一种多无人机协同编队飞行设计方法。采用单机个体路径跟踪控制与多机群体集中控制的综合设计方法,设计多无人机协同编队飞行总体架构,建立多无人机之间的相对运动关系模型,给出飞行实施的控制策略,通过仿真实例验证了多机协同编队控制效果。仿真结果表明:多无人机协同编队控制方式能够实现跟随机对领航机航迹的跟踪,可有效解决在3维空间的编队控制。 展开更多

关键词 无人机 路径跟踪控制 集中控制 协同编队飞行

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多飞行器协同任务分配的改进粒子群优化算法 被引量：14

8

作者 王磊 徐超 +1 位作者 李淼 赵慧武 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2224-2232,共9页

为提升多飞行器编队执行任务的效率和性能,提出一种用于多飞行器协同任务分配的改进粒子群优化算法。考虑飞行器任务能力约束,飞行器执行任务时付出的威胁代价、航程代价以及完成任务的收益,从而构造问题的数学模型。将粒子的位置属性... 为提升多飞行器编队执行任务的效率和性能,提出一种用于多飞行器协同任务分配的改进粒子群优化算法。考虑飞行器任务能力约束,飞行器执行任务时付出的威胁代价、航程代价以及完成任务的收益,从而构造问题的数学模型。将粒子的位置属性编码为一组任务分配向量,从任务分配向量可解码出对应的任务分配解,实现粒子群优化算法解的离散化。为解决粒子群优化算法容易陷入局部收敛的缺点,提出一种跳出局部收敛的策略。该策略基于模拟退火算法,生成新粒子,以一定概率决定是否保留新粒子,并将跳出局部收敛的策略应用到传统粒子群优化算法中,建立可用于多飞行器协同任务分配的改进粒子群优化算法。数字仿真实验结果表明,与现有算法相比,所提算法能显著提高多飞行器任务分配的收益和效率。 展开更多

关键词 多飞行器协同 任务分配 粒子群优化算法 局部收敛 模拟退火原理

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分布式通信模式下的多导弹协同制导与控制律 被引量：9

9

作者 王晓芳 张艺伟 田震 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期593-599,共7页

针对基于分布式通信数据链的多枚侧滑转弯导弹采用领弹-从弹模式协同作战的问题,提出一种协同作战制导控制方法.假设领弹按照比例导引律攻击目标,设定领弹和从弹之间的通信拓扑并设领弹为唯一的根节点,将各导弹的弹目距离作为协调变量,... 针对基于分布式通信数据链的多枚侧滑转弯导弹采用领弹-从弹模式协同作战的问题,提出一种协同作战制导控制方法.假设领弹按照比例导引律攻击目标,设定领弹和从弹之间的通信拓扑并设领弹为唯一的根节点,将各导弹的弹目距离作为协调变量,在弹间通信拓扑固定和跳变的情况下,研究了能使各从弹的弹目距离与领弹的弹目距离达到协同一致的一致性协调策略,从而得到各从弹的期望弹目距离.基于反馈线性化方法,并考虑框架角等约束,推导了能够使从弹的实际弹目距离跟踪期望弹目距离的速度前置角指令.综合考虑侧滑转弯导弹的制导与控制问题,建立了其在水平面内运动的制导控制一体化模型,基于滑模动态面控制理论,设计了能够良好跟踪速度前置角指令的鲁棒控制器.仿真结果验证了所提出协同制导控制方法的有效性. 展开更多

关键词 领弹-从弹 协同飞行 分散式一致性策略 制导控制一体化 滑模动态面

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多无人机协同四维航迹规划的改进的Tau-H策略 被引量：6

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作者 丁强 陶伟明 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期1398-1405,1422,共9页

为了在满足多类约束条件的前提下进行多无人机(UAVs)协同飞行的航迹规划及优化,提出改进的TauH运动策略.在常用的Tau-H运动策略基础上,通过在运动间距表达式中引入初速度的相关项,克服了固有的仅能考虑始末速度为零的情况的缺陷,可以实... 为了在满足多类约束条件的前提下进行多无人机(UAVs)协同飞行的航迹规划及优化,提出改进的TauH运动策略.在常用的Tau-H运动策略基础上,通过在运动间距表达式中引入初速度的相关项,克服了固有的仅能考虑始末速度为零的情况的缺陷,可以实现无人机始末非静止的到达时间和速度的四维运动匹配.利用粒子群算法(PSO)搜索各无人机的初始耦合系数,形成全局航迹预规划;建立各无人机间的通信拓扑,采用采样间隔与冲突判断双驱动的滚动优化方法,求解局部再规划问题,实现航迹不断更新.通过对算例的仿真表明,基于改进的Tau-H策略得到的航迹可飞性好,安全性高,能够满足连续型多无人机航迹规划及优化的应用需求. 展开更多

关键词 多无人机 协同飞行 改进的Tau-H策略 滚动优化方法 航迹规划

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基于深度卷积神经网络的多飞行器构型保持研究

11

作者 槐泽鹏 王洪波 龚旻 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期15-22,共8页

基于深度卷积神经网络设计了“智能-校正”算法以快速生成制导指令;深度学习模型是由卷积层、全连接层、批量归一化层和残差网络(ResNet)组合成的一个19层深度神经网络,飞行器状态变量转化为类似于图像像素矩阵的二维矩阵,通过sgd优化... 基于深度卷积神经网络设计了“智能-校正”算法以快速生成制导指令;深度学习模型是由卷积层、全连接层、批量归一化层和残差网络(ResNet)组合成的一个19层深度神经网络,飞行器状态变量转化为类似于图像像素矩阵的二维矩阵,通过sgd优化和权重衰减正则项将神经网络的训练误差降低至约0.025°;之后针对飞行器运动存在制导指令泛化误差累积的问题又设计了校正环节;最后经多组仿真证明了“智能-校正”算法兼顾了速度和精度,不仅成功实现了构型保持,而且将解算速度提升了约6倍,同时解决了泛化误差累积带来的影响。 展开更多

关键词 深度卷积神经网络 多飞行器协同 构型保持 智能-校正

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面向多弹拦截的分布式非均衡一致性目标分配算法

12

作者 卢晓东 王一鸣 +4 位作者 李强 张佳粱 朱梦杰 周军 郭宗易 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1645-1655,共11页

针对自组网导弹集群协同拦截多无人机的不确定多对一目标分配问题,提出了一种分布式非均衡目标分配算法。考虑到自组网导弹在有限邻域范围内双向通信和任务分配的去中心化特点,设计了适合于分布式无中心的目标分配模型和基于动态态势感... 针对自组网导弹集群协同拦截多无人机的不确定多对一目标分配问题,提出了一种分布式非均衡目标分配算法。考虑到自组网导弹在有限邻域范围内双向通信和任务分配的去中心化特点,设计了适合于分布式无中心的目标分配模型和基于动态态势感知的多步一致性拍卖算法,通过将目标剩余价值进行多步分解实现多弹对单一目标的非均衡拍卖选择;此外通过改进一致性包算法的共识规则设计了扩展多步一致性冲突消解规则,实现了分布式非均衡拍卖结果的一致性冲突消解。最终仿真结果表明,该方法可适用于分布式弹群在线非均衡目标分配调整,提高对空中多机动目标的拦截效率,并且相较于集中式分配算法在兼顾优化时间条件下可获得全局次优求解。 展开更多

关键词 导弹拦截 目标分配 分布式优化 拍卖算法 多飞行器协同 无人机

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带有时间约束的再入滑翔轨迹设计 被引量：9

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作者 韩嘉俊 王小虎 +1 位作者 郝昀 张后军 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期438-446,共9页

为了满足飞行器协同飞行任务需求,本文研究了带有时间约束的再入滑翔轨迹设计方法。首先,建立了合理假设条件下的再入滑翔运动模型,并且提出了一种再入滑翔轨迹分段方法。其次,针对不同飞行段特点及任务需求,分别设计了各段导引律。其中... 为了满足飞行器协同飞行任务需求,本文研究了带有时间约束的再入滑翔轨迹设计方法。首先,建立了合理假设条件下的再入滑翔运动模型,并且提出了一种再入滑翔轨迹分段方法。其次,针对不同飞行段特点及任务需求,分别设计了各段导引律。其中,重点推导了滑翔段飞行剩余时间和剩余航程的解析解,将剩余飞行时间与末制导交班点速度建立对应关系,运用解析预测-校正思想,通过在时间调整段和能量调整段调节倾侧角翻转时机和幅值,同时满足末端能量和时间约束。最后,通过理论分析与仿真校验说明了本方法的有效性及鲁棒性。 展开更多

关键词 滑翔飞行 轨迹设计 滑翔制导 剩余飞行时间 协同飞行

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时间和角度约束下的双圆弧路径规划 被引量：2

14

作者 杨秀霞 曹唯一 张毅 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1835-1843,共9页

为满足无人飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)打击目标的时间、角度约束,提出了基于双圆弧轨迹的路径规划方法。对UAV初始、末端速度方向情况进行了分类,分别推导了对应的双圆弧参数解析形式及其单调性。同时,根据双圆弧参数解析式,... 为满足无人飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)打击目标的时间、角度约束,提出了基于双圆弧轨迹的路径规划方法。对UAV初始、末端速度方向情况进行了分类,分别推导了对应的双圆弧参数解析形式及其单调性。同时,根据双圆弧参数解析式,得到生成路径的唯一自由度,减少了路径规划参数输入。分析了双圆弧路径长度与路径参数之间的关系,设计了多UAV协同攻击路径规划方案。数值仿真结果证明了双圆弧路径规划的有效性和实用性。 展开更多

关键词 无人飞行器 双圆弧路径规划 多无人飞行器协同 同时到达

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