基于群体熵度量的无人机集群目标合围控制陈琳1,郭炳晖2,3,段海滨1,3*,吕卫锋41.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京100083;2.北京航空航天大学数学科学学院,北京100083;3.鹏城实验室,深圳518055;4.北京航空航天大学计算机学院,北京100083*E-mail:hbduan@buaa.edu.cn收稿日期:2021-07-11;接受日期:2021-09-15;网络版发表日期:2022-07-28科技创新2030-“新一代人工智能”重大项目(编号:2018AAA0102303)和国家自然科学基金项目(批准号:91948204,U20B2071,U1913602,U19B2033)资助摘要针对受限环境中无人机集群的目标合围控制问题,提出了一种基于局部度量距离交互的分布式集群目标合围控制方法.首先,基于局部度量距离交互机制确定了每架无人机的时变邻域无人机集合,采用光滑成对交互势函数设计了集群内部无人机间的交互势函数、无人机与飞行环境中障碍间的交互势函数以及无人机与目标无人机间的交互势函数.在此基础上,基于自组织原则提出了分布式的无人机集群目标合围控制律,使无人机集群能够以指定环绕半径形成以目标无人机为中心的稳定α-晶格合围构型,对目标无人机进行合围和跟踪,同时使无人机避开飞行环境中的障碍,保障自身飞行安全.然后借助Lyapunov稳定性理论证明了集群系统的稳定性,并给出了集群系统内部无人机发生碰撞的条件以及合围构型参数的取值依据.此外,基于群体熵的概念尝试对无人机集群目标合围过程中的自组织水平进行度量.最后通过仿真来验证所提出算法的有效性.关键词无人机集群,目标合围,度量距离交互,晶格合围构型,群体熵,自组织1引言近年来,无人机在军民领域受到了空前的关注并得到了迅速发展.随着无人机智能化水平的不断提高,其任务区域逐渐从侦察、监视的安全空域转向打击、对抗等复杂空域,无人机的应用样式已逐步从单平台向多平台“集群”协同方向发展[1,2].其中,目标合围是无人机集群协同控制的重要研究方向之一,它要求一群无人机以预定的半径和相等的角间距来跟踪和包围静止或运动的合作目标或非合作目标[3,4].在目标合围任务中,无人机集群协同控制问题在于设计一种控制方案使无人机集群形成以目标为中心的合围构型.其中,目标状态的动态变化、飞行环境的不确定等因素交织在一起,给无人机集群合围控制带来了巨大的挑战[5].目前,关于集群合围控制问题的研究得到了广泛的关注.文献[6]将集群合围控制问题看作是合围点的协同自部署问题,即单位圆上的覆盖问题,然后基于一引用格式:陈琳,郭炳晖,段海滨,等.基于群体熵度量的...
