通信拓?fù)渥兓瘲l件下多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)控制策略研究

針對(duì)真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)空間環(huán)境中存在的無(wú)人機(jī)設(shè)備通信鏈路技術(shù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程穩(wěn)定性較差的技術(shù)缺陷，選擇運(yùn)用一致性算法形態(tài)對(duì)多無(wú)人機(jī)設(shè)備的同時(shí)到達(dá)控制策略展開了設(shè)計(jì)，取得一定工作成果。文章將會(huì)圍繞通信拓?fù)渥兓瘲l件下多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)控制策略，展開簡(jiǎn)要闡釋。

通信拓?fù)渥兓?多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá);控制策略;研究

多臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備的協(xié)同作戰(zhàn)，是無(wú)人機(jī)設(shè)備在面對(duì)復(fù)雜化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件之下運(yùn)用的基本作戰(zhàn)活動(dòng)方式，其在協(xié)同合作執(zhí)行空間探測(cè)技術(shù)任務(wù)，以及協(xié)同合作執(zhí)行指向特定目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)攻擊任務(wù)過程中，能夠借助于相互進(jìn)行的技術(shù)能力互補(bǔ)支持和行動(dòng)過程協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)單一無(wú)人機(jī)設(shè)備技術(shù)任務(wù)執(zhí)行能力的有效擴(kuò)展，以及多臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備協(xié)同性整體作戰(zhàn)能力的發(fā)展提升。在無(wú)人機(jī)設(shè)備的具體化技術(shù)應(yīng)用過程中，為切實(shí)改善提升戰(zhàn)場(chǎng)攻擊活動(dòng)過程的有效性，實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定目標(biāo)的最優(yōu)化殺傷效能，通常需要借由對(duì)適當(dāng)種類的技術(shù)控制手段的運(yùn)用，支持多臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備能夠同時(shí)運(yùn)行到特定空間位置完成集結(jié)過程，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)質(zhì)高效執(zhí)行協(xié)同性的戰(zhàn)術(shù)攻擊任務(wù)。從技術(shù)性層面展開闡釋分析，無(wú)人機(jī)設(shè)備的同時(shí)到達(dá)集結(jié)屬于典型的一致性技術(shù)問題，基于對(duì)一致性算法程序的運(yùn)用，且伴隨著時(shí)間參數(shù)的持續(xù)演化，分布在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部的多臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備，通常能夠遵循一定表現(xiàn)形式的技術(shù)控制協(xié)議，借由局部性的通信協(xié)調(diào)技術(shù)干預(yù)，通過持續(xù)開展的相互作用，以及相互影響行為，持續(xù)更新優(yōu)化各獨(dú)立成員實(shí)際具備的基本技術(shù)狀態(tài)，在達(dá)到趨近一致技術(shù)狀態(tài)前提下，實(shí)現(xiàn)同時(shí)到達(dá)技術(shù)控制目標(biāo)。

一、無(wú)人機(jī)設(shè)備同時(shí)到達(dá)的一致性算法概述

（一）一致性算法建構(gòu)過程中依賴的理論基礎(chǔ)

多無(wú)人機(jī)設(shè)備技術(shù)系統(tǒng)屬于一種典型的多智能體。在現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展背景之下，無(wú)人機(jī)設(shè)備多機(jī)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部不同成員之間的通信技術(shù)關(guān)系通常運(yùn)用有向圖的形式加以表示[1]。

假設(shè)多無(wú)人機(jī)設(shè)備技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部包含有N臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備，則加權(quán)有向圖的表達(dá)式為G=（V，E，A），其中V表示技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部各組成成員所構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)集，E表示邊集，A表示與G相對(duì)應(yīng)的加權(quán)鄰近矩陣，矩陣A中包含的各獨(dú)立元素α表示系統(tǒng)內(nèi)部各獨(dú)立成員之間的鏈接權(quán)值，其通常滿足限制條件α≥00。

目前運(yùn)用的最為常見的一致性算法一階模型表達(dá)式為[2]：

（1）

在公式（1）中，n表示系統(tǒng)中實(shí)際包含的無(wú)人機(jī)設(shè)備個(gè)數(shù)，表示第i個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)備所處的技術(shù)狀態(tài)，表示其對(duì)應(yīng)的控制輸入。在這一技術(shù)情形之下，最為典型的一致性協(xié)議表達(dá)式為：

（2）

（二）無(wú)人機(jī)設(shè)備的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)算法模型

假設(shè)無(wú)人機(jī)設(shè)備處于平飛技術(shù)狀態(tài)，則可以將無(wú)人機(jī)設(shè)備抽象處理成基于二維平面空間內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)。經(jīng)由簡(jiǎn)化處理之后獲取的無(wú)人機(jī)設(shè)備運(yùn)動(dòng)算法模型表達(dá)式如下所示：

（3）

在公式（3）中，表示無(wú)人機(jī)設(shè)備i的二維空間位置向量，表示無(wú)人機(jī)設(shè)備i在t時(shí)刻的飛行速度參數(shù)，表示無(wú)人機(jī)設(shè)備i在t時(shí)刻的航向角參數(shù)。

（三）一致性算法協(xié)調(diào)變量的選取思路

本項(xiàng)研究選擇無(wú)人機(jī)設(shè)備的預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間參數(shù)（ETA）作為一致性算法程序中包含的協(xié)調(diào)變量。通過查閱調(diào)取相關(guān)研究文獻(xiàn)可以知道，無(wú)人機(jī)設(shè)備運(yùn)行速度參數(shù)的參考指令為[3]：

（4）

在公式（4）中，表示無(wú)人機(jī)設(shè)備在i時(shí)刻的飛行速度參數(shù)，表示ETA時(shí)間參數(shù)，表示在t時(shí)刻條件下，無(wú)人機(jī)設(shè)備i與無(wú)人機(jī)設(shè)備j之間的連接權(quán)值參數(shù)。在條件下，說明無(wú)人機(jī)設(shè)備i與無(wú)人機(jī)設(shè)備j之間存在通信連接結(jié)構(gòu)，在條件下，說明無(wú)人機(jī)設(shè)備i與無(wú)人機(jī)設(shè)備j之間不存在通信連接結(jié)構(gòu)。

二、通信拓?fù)渥兓瘲l件下無(wú)人機(jī)設(shè)備同時(shí)到達(dá)控制策略的設(shè)計(jì)思路

在無(wú)人機(jī)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部，多個(gè)不同設(shè)備成員在滿足一致性算法約束條件之下的最弱通信連接限制條件是：在通信拓?fù)鋱D之中最少包含有一個(gè)有向生成樹結(jié)構(gòu)。

在通信拓?fù)浼夹g(shù)條件發(fā)生變化時(shí)，滿足一致性算法通信拓?fù)浼s束條件的實(shí)時(shí)判別，以及同時(shí)到達(dá)控制策略設(shè)計(jì)工作的實(shí)施流程如下所述：要首要判別確定無(wú)人機(jī)技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部，經(jīng)由N個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)備成員共同構(gòu)成的通信拓?fù)鋱D之中，是否包含至少一個(gè)有向生成樹結(jié)構(gòu)，如果確定包含，則可以通過一致性算法相關(guān)程序針對(duì)具體涉及的N個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)備展開控制，并且促使其ETA參數(shù)項(xiàng)目能夠達(dá)到相互一致狀態(tài);如果判定結(jié)果為未包含，則應(yīng)當(dāng)查找確定包含最多數(shù)量無(wú)人機(jī)設(shè)備成員的有向生成樹結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的成員子集，并且通過對(duì)一致性算法控制功能的利用，促進(jìn)其ETA參數(shù)項(xiàng)目達(dá)到相互一致狀態(tài)，同時(shí)還要查找確認(rèn)對(duì)應(yīng)N個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)備成員，在經(jīng)由變化處理后獲取的通信拓?fù)浼夹g(shù)結(jié)構(gòu)，能夠重新吸納包含有向生成樹技術(shù)結(jié)構(gòu)的最小鏈路變更需求操作方案。

結(jié)束語(yǔ)：

綜合本項(xiàng)研究中獲取的相關(guān)成果，針對(duì)真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境之中存在的，多臺(tái)無(wú)人機(jī)設(shè)備通信鏈路技術(shù)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程時(shí)斷時(shí)續(xù)問題，基于對(duì)一致性算法形態(tài)有向生成樹最弱通信連通技術(shù)條件的運(yùn)用，設(shè)計(jì)形成了無(wú)人機(jī)設(shè)備多機(jī)通信拓?fù)浼夹g(shù)結(jié)構(gòu)中，包含有向生成樹技術(shù)結(jié)構(gòu)/子樹組成部分的判別技術(shù)策略，以及重新包含有向生成樹技術(shù)結(jié)構(gòu)的、無(wú)人機(jī)通信鏈路組織最小幅度變更處理方案的獲取操作策略;擇取預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)間參數(shù)（ETA）作為協(xié)調(diào)變量，基于對(duì)一致性算法技術(shù)形態(tài)的運(yùn)用，支持和促進(jìn)無(wú)人機(jī)設(shè)備，或者是無(wú)人機(jī)設(shè)備的成員子集實(shí)現(xiàn)同時(shí)到達(dá)技術(shù)控制目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]李小民，毛瓊，甘勤濤，杜占龍.有界變化時(shí)滯和聯(lián)合連通拓?fù)錀l件下的分布式無(wú)人機(jī)編隊(duì)飛行控制策略[J].兵工學(xué)報(bào)，2019，40（06）：1179-1189.

[2]楊小川，王運(yùn)濤，黃勇，孟德虹，洪俊武，王昊.基于油電混合動(dòng)力的中小型無(wú)人機(jī)及其作戰(zhàn)應(yīng)用展望[J].飛航導(dǎo)彈，2018（11）：41-45+51.

[3]譚雁英，薛亮，張艷寧，祝小平.通信拓?fù)渥兓瘲l件下多無(wú)人機(jī)同時(shí)到達(dá)控制策略[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，36（03）：565-570.

作者簡(jiǎn)介：孟祥宇（1993.01-），男，河北任丘市人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于燕山大學(xué)，現(xiàn)有職稱：助理工程師，研究方向：無(wú)人機(jī)測(cè)控通信。