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多无人机协同编队飞行控制研究现状及发展

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发表于 2021-10-21 17:07:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
蚕丝被

  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。

  为了达到多无人机协同编队飞行的扩大任务范围、提高任务执行效率和完成质量、增强在高危环境中的作战能力、提升系统对环境自适应能力、扩展任务能力等多个目标,必须研究多无人机的状态感知和数据融合、任务分配和航迹规划、编队控制和通信组网等多个技术,并研究多项技术间的协同作用。

  多无人机协同编队执行危险任务是一种必然趋势。进行多无人机协同编队,首先要进行信息感知,并对多源信息进行融合;其次对各种任务进行分配和决策;进而对每架无人机进行航迹规划生成期望的轨迹;然后利用先进的编队控制方法和队形设计技术实现多机编队飞行任务;在编队控制设计过程中,需要考虑多无人机之间的组网通信问题;最后,搭建模拟多无人机协同编队飞行虚拟仿真平台和实物演示平台,验证编队控制算法的可行性和有效性。

  总之,多无人机协同编队飞行控制的理论虽然取得了丰富成果,但是随着环境日益复杂和任务的多种多样,各种多无人机协同编队飞行关键技术也需要迅速发展。未来会出现异构多无人机之间的协同编队,并且通信环境会异常复杂,感知约束也会随环境的复杂而增大,迫切需要开展在感知约束和复杂通信环境下的强鲁棒、高精度编队控制设计研究。

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