通信拓撲變化條件下多無人機同時到達控制策略研究

針對真實戰場空間環境中存在的無人機設備通信鏈路技術結構運行過程穩定性較差的技術缺陷，選擇運用一致性算法形態對多無人機設備的同時到達控制策略展開了設計，取得一定工作成果。文章將會圍繞通信拓撲變化條件下多無人機同時到達控制策略，展開簡要闡釋。

通信拓撲變化;多無人機同時到達;控制策略;研究

多臺無人機設備的協同作戰，是無人機設備在面對復雜化戰場環境條件之下運用的基本作戰活動方式，其在協同合作執行空間探測技術任務，以及協同合作執行指向特定目標的戰術攻擊任務過程中，能夠借助于相互進行的技術能力互補支持和行動過程協調，實現對單一無人機設備技術任務執行能力的有效擴展，以及多臺無人機設備協同性整體作戰能力的發展提升。在無人機設備的具體化技術應用過程中，為切實改善提升戰場攻擊活動過程的有效性，實現針對特定目標的最優化殺傷效能，通常需要借由對適當種類的技術控制手段的運用，支持多臺無人機設備能夠同時運行到特定空間位置完成集結過程，并在此基礎上優質高效執行協同性的戰術攻擊任務。從技術性層面展開闡釋分析，無人機設備的同時到達集結屬于典型的一致性技術問題，基于對一致性算法程序的運用，且伴隨著時間參數的持續演化，分布在網絡通信技術系統內部的多臺無人機設備，通常能夠遵循一定表現形式的技術控制協議，借由局部性的通信協調技術干預，通過持續開展的相互作用，以及相互影響行為，持續更新優化各獨立成員實際具備的基本技術狀態，在達到趨近一致技術狀態前提下，實現同時到達技術控制目標。

一、無人機設備同時到達的一致性算法概述

（一）一致性算法建構過程中依賴的理論基礎

多無人機設備技術系統屬于一種典型的多智能體。在現有的技術發展背景之下，無人機設備多機技術系統內部不同成員之間的通信技術關系通常運用有向圖的形式加以表示[1]。

假設多無人機設備技術系統內部包含有N臺無人機設備，則加權有向圖的表達式為G=（V，E，A），其中V表示技術系統內部各組成成員所構成的節點集，E表示邊集，A表示與G相對應的加權鄰近矩陣，矩陣A中包含的各獨立元素α表示系統內部各獨立成員之間的鏈接權值，其通常滿足限制條件α≥00。

目前運用的最為常見的一致性算法一階模型表達式為[2]：

（1）

在公式（1）中，n表示系統中實際包含的無人機設備個數，表示第i個無人機設備所處的技術狀態，表示其對應的控制輸入。在這一技術情形之下，最為典型的一致性協議表達式為：

（2）

（二）無人機設備的簡化運動算法模型

假設無人機設備處于平飛技術狀態，則可以將無人機設備抽象處理成基于二維平面空間內部運動的質點。經由簡化處理之后獲取的無人機設備運動算法模型表達式如下所示：

（3）

在公式（3）中，表示無人機設備i的二維空間位置向量，表示無人機設備i在t時刻的飛行速度參數，表示無人機設備i在t時刻的航向角參數。

（三）一致性算法協調變量的選取思路

本項研究選擇無人機設備的預計到達時間參數（ETA）作為一致性算法程序中包含的協調變量。通過查閱調取相關研究文獻可以知道，無人機設備運行速度參數的參考指令為[3]：

（4）

在公式（4）中，表示無人機設備在i時刻的飛行速度參數，表示ETA時間參數，表示在t時刻條件下，無人機設備i與無人機設備j之間的連接權值參數。在條件下，說明無人機設備i與無人機設備j之間存在通信連接結構，在條件下，說明無人機設備i與無人機設備j之間不存在通信連接結構。

二、通信拓撲變化條件下無人機設備同時到達控制策略的設計思路

在無人機技術系統內部，多個不同設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：在通信拓撲圖之中最少包含有一個有向生成樹結構。

在通信拓撲技術條件發生變化時，滿足一致性算法通信拓撲約束條件的實時判別，以及同時到達控制策略設計工作的實施流程如下所述：要首要判別確定無人機技術系統內部，經由N個無人機設備成員共同構成的通信拓撲圖之中，是否包含至少一個有向生成樹結構，如果確定包含，則可以通過一致性算法相關程序針對具體涉及的N個無人機設備展開控制，并且促使其ETA參數項目能夠達到相互一致狀態;如果判定結果為未包含，則應當查找確定包含最多數量無人機設備成員的有向生成樹結構對應的成員子集，并且通過對一致性算法控制功能的利用，促進其ETA參數項目達到相互一致狀態，同時還要查找確認對應N個無人機設備成員，在經由變化處理后獲取的通信拓撲技術結構，能夠重新吸納包含有向生成樹技術結構的最小鏈路變更需求操作方案。

結束語：

綜合本項研究中獲取的相關成果，針對真實戰場環境之中存在的，多臺無人機設備通信鏈路技術結構運行過程時斷時續問題，基于對一致性算法形態有向生成樹最弱通信連通技術條件的運用，設計形成了無人機設備多機通信拓撲技術結構中，包含有向生成樹技術結構/子樹組成部分的判別技術策略，以及重新包含有向生成樹技術結構的、無人機通信鏈路組織最小幅度變更處理方案的獲取操作策略;擇取預計到達時間參數（ETA）作為協調變量，基于對一致性算法技術形態的運用，支持和促進無人機設備，或者是無人機設備的成員子集實現同時到達技術控制目標。

參考文獻

[1]李小民，毛瓊，甘勤濤，杜占龍.有界變化時滯和聯合連通拓撲條件下的分布式無人機編隊飛行控制策略[J].兵工學報，2019，40（06）：1179-1189.

[2]楊小川，王運濤，黃勇，孟德虹，洪俊武，王昊.基于油電混合動力的中小型無人機及其作戰應用展望[J].飛航導彈，2018（11）：41-45+51.

[3]譚雁英，薛亮，張艷寧，祝小平.通信拓撲變化條件下多無人機同時到達控制策略[J].西北工業大學學報，2018，36（03）：565-570.

作者簡介：孟祥宇（1993.01-），男，河北任丘市人，學歷：本科，畢業于燕山大學，現有職稱：助理工程師，研究方向：無人機測控通信。