目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 無人機集群系統(tǒng) 5
1.2.1 無人機自主性 5
1.2.2 無人機集群特點 7
1.2.3 典型無人機集群系統(tǒng) 8
1.3 生物群體行為機制及模型 13
1.3.1 典型生物群體行為機制 13
1.3.2 群體智能行為特點 17
1.3.3 典型群體運動模型 18
1.4 仿生物群集行為的自主集群 21
1.4.1 生物群集與無人機集群的映射機制 21
1.4.2 基于生物群集行為的集群自主控制 22
1.5 本書體系結(jié)構(gòu) 24
1.6 本章小結(jié) 25
參考文獻 25
第2章 生物群體運動模型 30
2.1 引言 30
2.2 Vicsek 模型 32
2.2.1 模型描述 32
2.2.2 性能參數(shù) 33
2.2.3 個體分布圖 35
2.3 基于隨機視線方向的Vicsek 模型 36
2.3.1 模型描述 36
2.3.2 隨機視線方向?qū)︵徲蚍秶�的影�?38
2.3.3 同步性能分析 39
2.3.4 仿真實驗分析 44
2.4 基于改進拓撲規(guī)則的Vicsek 模型 49
2.4.1 拓撲距離規(guī)則 49
2.4.2 對拓撲距離規(guī)則的改進 50
2.4.3 仿真實驗分析 52
2.5 基于分數(shù)階微積分的Vicsek 模型 55
2.5.1 分數(shù)階微積分 55
2.5.2 分數(shù)階Vicsek 模型 55
2.5.3 仿真實驗分析 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻 61
第3章 典型生物群體智能建模 64
3.1 引言 64
3.2 鴿群層級引領(lǐng)機制建模 66
3.2.1 基于改進拓撲交互規(guī)則的層級引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)模型 66
3.2.2 鴿群交互行為規(guī)則建模 71
3.2.3 穩(wěn)定性時延條件 80
3.2.4 仿真實驗分析 83
3.3 雁群線性編隊機制建模 85
3.3.1 大雁空氣動力學(xué)模型 85
3.3.2 雁群群體行為規(guī)則 90
3.3.3 拓撲穩(wěn)定性分析 92
3.3.4 仿真實驗分析 95
3.4 狼群協(xié)同圍捕機制建模 97
3.5 本章小結(jié) 102
參考文獻 102
第4章 從生物群體智能行為到無人機集群控制 106
4.1 引言 106
4.2 編隊控制 107
4.2.1 模型及約束條件 107
4.2.2 姿態(tài)及位置控制 110
4.2.3 引領(lǐng)-跟隨編隊控制 112
4.2.4 基于鴿群優(yōu)化的控制參數(shù)整定 115
4.3 無人機緊密編隊控制 118
4.3.1 編隊模型 119
4.3.2 長機尾流模型 120
4.3.3 長機尾流引起僚機氣動力的變化 124
4.3.4 長機尾流干擾下的緊密編隊模型 125
4.3.5 基于改進鴿群優(yōu)化的緊密編隊控制 128
4.4 仿鴿/雁群的無人機實時避障 133
4.4.1 仿鴿子飛行的無人機實時避障 133
4.4.2 仿雁群飛行的無人機實時避障 137
4.5 本章小結(jié) 142
參考文獻 142
第5章 基于鴿群行為機制的無人機集群編隊 146
5.1 引言 146
5.2 基于鴿群行為機制的緊密編隊及重構(gòu) 147
5.2.1 基于鴿群智能的緊密編隊控制方法 147
5.2.2 捕食逃逸鴿群優(yōu)化測試 152
5.2.3 仿真實驗分析 154
5.3 基于鴿群行為機制的集群編隊及避障 168
5.3.1 基于鴿群層級引領(lǐng)的集群編隊控制方法 168
5.3.2 鴿子飛行避障導(dǎo)引及改進人工物理避障測試 171
5.3.3 仿真實驗分析 185
5.4 本章小結(jié) 190
參考文獻 191
第6章 基于雁群行為機制的無人機集群編隊 193
6.1 引言 193
6.2 基于雁群行為機制的編隊保持 195
6.2.1 基于雁群行為機制的編隊構(gòu)型設(shè)計 195
6.2.2 仿真實驗分析 196
6.3 基于雁群行為機制的編隊重構(gòu) 201
6.3.1 基于頭雁變換的隊形變換 201
6.3.2 基于局部通信的隊形變換 203
6.3.3 仿真實驗分析 205
6.4 本章小結(jié) 219
參考文獻 219
第7章 基于狼群行為機制的無人機集群任務(wù)分配 221
7.1 引言 221
7.2 基于狼群勞動分工的集群靜態(tài)目標分配 223
7.2.1 無人機集群靜態(tài)目標分配建模 223
7.2.2 仿狼群勞動分工的目標分配 226
7.2.3 仿真實驗分析 229
7.3 基于狼群游獵的集群動態(tài)任務(wù)分配 234
7.3.1 無人機集群動態(tài)任務(wù)分配建模 234
7.3.2 基于狼群游獵的動態(tài)任務(wù)分配 236
7.3.3 仿真實驗分析 242
7.4 本章小結(jié) 248
參考文獻 248
第8章 基于生物群集自組織的無人機集群目標跟蹤 250
8.1 引言 250
8.2 生物自組織運動群集模型 251
8.2.1 虛擬力框架下的群集模型 251
8.2.2 基于注意力機制的群集運動模型 254
8.3 集群協(xié)同目標跟蹤控制 258
8.3.1 集群協(xié)同目標對峙跟蹤 258
8.3.2 基于滾動預(yù)測的障礙物規(guī)避 269
8.3.3 仿真實驗分析 274
8.4 本章小結(jié) 282
參考文獻 283
第9章 基于群體智能的無人機集群動態(tài)資源分配 286
9.1 引言 286
9.2 基于群體智能的合作進化動力學(xué) 287
9.2.1 網(wǎng)絡(luò)進化博弈軟控制 287
9.2.2 模型描述 288
9.2.3 動力學(xué)特性分析 292
9.3 基于群體動力學(xué)的無人機連續(xù)資源分布式優(yōu)化 298
9.3.1 問題描述 298
9.3.2 基于進化博弈群體動力學(xué)的協(xié)調(diào)算法 302
9.3.3 仿真實驗分析 314
9.4 本章小結(jié) 326
參考文獻 327
第10章 基于群體智能的無人機集群自主協(xié)調(diào)集成飛行驗證 329
10.1 引言 329
10.2 基于群體智能的無人機集群飛行綜合驗證平臺 331
10.2.1 硬件平臺搭建 331
10.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計 333
10.3 集群自主協(xié)調(diào)飛行驗證 335
10.3.1 基于鴿群行為的編隊 335
10.3.2 基于雁群行為的編隊 338
10.3.3 基于狼群行為的目標分配 344
10.3.4 基于群體智能的協(xié)同跟蹤 351
10.4 本章小結(jié) 355
參考文獻 355
第11章 研究前沿與展望 357
11.1 引言 357
11.2 發(fā)展趨勢 358
11.3 關(guān)鍵技術(shù) 362
11.4 應(yīng)用領(lǐng)域 365
11.5 發(fā)展戰(zhàn)略 367
11.6 本章小結(jié) 368
參考文獻 369