基于群体智能的无人机集群自主控制

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丛书名：

• 作者：段海滨，邱华鑫著
• 出版时间：2019/1/1
• ISBN：9787030599384
• 出 版 社：科学出版社

适用读者:本书适用于控制科学与工程、智能科学与技术等相关学科领域科研工作者

• 中图法分类：V279 
• 页码：384
• 版次：31
• 开本：B5
• 字数：(单位：千字)

内容简介

本书系统深入地论述了基于群体智能的无人机集群自主控制的原理、模型、理论、仿真及验证。全书共11章，首先概述了群体智能和无人机集群自主控制的新进展，在分析自然界中的生物群体特性基础上，建立了鸽群、雁群、狼群等典型生物群体智能模型，研究了从群体智能到无人机集群控制的映射机理，设计了基于群体智能的无人机集群自主控制框架。针对自主编队、任务分配、目标跟踪、资源分配等关键技术难题，提出了基于群体智能的无人机集群自主控制方法，并通过无人机集群飞行平台验证了相关技术。本书突出前沿学科交叉，强调工程应用背景，力求使广大读者能快速掌握和应用无人机仿生集群自主控制的理论、方法和技术。

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目 录

目录
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 无人机集群系统 5
1.2.1 无人机自主性 5
1.2.2 无人机集群特点 7
1.2.3 典型无人机集群系统 8
1.3 生物群体行为机制及模型 13
1.3.1 典型生物群体行为机制 13
1.3.2 群体智能行为特点 17
1.3.3 典型群体运动模型 18
1.4 仿生物群集行为的自主集群 21
1.4.1 生物群集与无人机集群的映射机制 21
1.4.2 基于生物群集行为的集群自主控制 22
1.5 本书体系结构 24
1.6 本章小结 25
参考文献 25
第2章 生物群体运动模型 30
2.1 引言 30
2.2 Vicsek 模型 32
2.2.1 模型描述 32
2.2.2 性能参数 33
2.2.3 个体分布图 35
2.3 基于随机视线方向的Vicsek 模型 36
2.3.1 模型描述 36
2.3.2 随机视线方向对邻域范围的影响 38
2.3.3 同步性能分析 39
2.3.4 仿真实验分析 44
2.4 基于改进拓扑规则的Vicsek 模型 49
2.4.1 拓扑距离规则 49
2.4.2 对拓扑距离规则的改进 50
2.4.3 仿真实验分析 52
2.5 基于分数阶微积分的Vicsek 模型 55
2.5.1 分数阶微积分 55
2.5.2 分数阶Vicsek 模型 55
2.5.3 仿真实验分析 56
2.6 本章小结 61
参考文献 61
第3章 典型生物群体智能建模 64
3.1 引言 64
3.2 鸽群层级引领机制建模 66
3.2.1 基于改进拓扑交互规则的层级引领网络模型 66
3.2.2 鸽群交互行为规则建模 71
3.2.3 稳定性时延条件 80
3.2.4 仿真实验分析 83
3.3 雁群线性编队机制建模 85
3.3.1 大雁空气动力学模型 85
3.3.2 雁群群体行为规则 90
3.3.3 拓扑稳定性分析 92
3.3.4 仿真实验分析 95
3.4 狼群协同围捕机制建模 97
3.5 本章小结 102
参考文献 102
第4章 从生物群体智能行为到无人机集群控制 106
4.1 引言 106
4.2 编队控制 107
4.2.1 模型及约束条件 107
4.2.2 姿态及位置控制 110
4.2.3 引领-跟随编队控制 112
4.2.4 基于鸽群优化的控制参数整定 115
4.3 无人机紧密编队控制 118
4.3.1 编队模型 119
4.3.2 长机尾流模型 120
4.3.3 长机尾流引起僚机气动力的变化 124
4.3.4 长机尾流干扰下的紧密编队模型 125
4.3.5 基于改进鸽群优化的紧密编队控制 128
4.4 仿鸽/雁群的无人机实时避障 133
4.4.1 仿鸽子飞行的无人机实时避障 133
4.4.2 仿雁群飞行的无人机实时避障 137
4.5 本章小结 142
参考文献 142
第5章 基于鸽群行为机制的无人机集群编队 146
5.1 引言 146
5.2 基于鸽群行为机制的紧密编队及重构 147
5.2.1 基于鸽群智能的紧密编队控制方法 147
5.2.2 捕食逃逸鸽群优化测试 152
5.2.3 仿真实验分析 154
5.3 基于鸽群行为机制的集群编队及避障 168
5.3.1 基于鸽群层级引领的集群编队控制方法 168
5.3.2 鸽子飞行避障导引及改进人工物理避障测试 171
5.3.3 仿真实验分析 185
5.4 本章小结 190
参考文献 191
第6章 基于雁群行为机制的无人机集群编队 193
6.1 引言 193
6.2 基于雁群行为机制的编队保持 195
6.2.1 基于雁群行为机制的编队构型设计 195
6.2.2 仿真实验分析 196
6.3 基于雁群行为机制的编队重构 201
6.3.1 基于头雁变换的队形变换 201
6.3.2 基于局部通信的队形变换 203
6.3.3 仿真实验分析 205
6.4 本章小结 219
参考文献 219
第7章 基于狼群行为机制的无人机集群任务分配 221
7.1 引言 221
7.2 基于狼群劳动分工的集群静态目标分配 223
7.2.1 无人机集群静态目标分配建模 223
7.2.2 仿狼群劳动分工的目标分配 226
7.2.3 仿真实验分析 229
7.3 基于狼群游猎的集群动态任务分配 234
7.3.1 无人机集群动态任务分配建模 234
7.3.2 基于狼群游猎的动态任务分配 236
7.3.3 仿真实验分析 242
7.4 本章小结 248
参考文献 248
第8章 基于生物群集自组织的无人机集群目标跟踪 250
8.1 引言 250
8.2 生物自组织运动群集模型 251
8.2.1 虚拟力框架下的群集模型 251
8.2.2 基于注意力机制的群集运动模型 254
8.3 集群协同目标跟踪控制 258
8.3.1 集群协同目标对峙跟踪 258
8.3.2 基于滚动预测的障碍物规避 269
8.3.3 仿真实验分析 274
8.4 本章小结 282
参考文献 283
第9章 基于群体智能的无人机集群动态资源分配 286
9.1 引言 286
9.2 基于群体智能的合作进化动力学 287
9.2.1 网络进化博弈软控制 287
9.2.2 模型描述 288
9.2.3 动力学特性分析 292
9.3 基于群体动力学的无人机连续资源分布式优化 298
9.3.1 问题描述 298
9.3.2 基于进化博弈群体动力学的协调算法 302
9.3.3 仿真实验分析 314
9.4 本章小结 326
参考文献 327
第10章 基于群体智能的无人机集群自主协调集成飞行验证 329
10.1 引言 329
10.2 基于群体智能的无人机集群飞行综合验证平台 331
10.2.1 硬件平台搭建 331
10.2.2 软件系统设计 333
10.3 集群自主协调飞行验证 335
10.3.1 基于鸽群行为的编队 335
10.3.2 基于雁群行为的编队 338
10.3.3 基于狼群行为的目标分配 344
10.3.4 基于群体智能的协同跟踪 351
10.4 本章小结 355
参考文献 355
第11章 研究前沿与展望 357
11.1 引言 357
11.2 发展趋势 358
11.3 关键技术 362
11.4 应用领域 365
11.5 发展战略 367
11.6 本章小结 368
参考文献 369