通信拓扑变化条件下多无人机同时到达控制策略研究

针对真实战场空间环境中存在的无人机设备通信链路技术结构运行过程稳定性较差的技术缺陷，选择运用一致性算法形态对多无人机设备的同时到达控制策略展开了设计，取得一定工作成果。文章将会围绕通信拓扑变化条件下多无人机同时到达控制策略，展开简要阐释。

通信拓扑变化;多无人机同时到达;控制策略;研究

多台无人机设备的协同作战，是无人机设备在面对复杂化战场环境条件之下运用的基本作战活动方式，其在协同合作执行空间探测技术任务，以及协同合作执行指向特定目标的战术攻击任务过程中，能够借助于相互进行的技术能力互补支持和行动过程协调，实现对单一无人机设备技术任务执行能力的有效扩展，以及多台无人机设备协同性整体作战能力的发展提升。在无人机设备的具体化技术应用过程中，为切实改善提升战场攻击活动过程的有效性，实现针对特定目标的最优化杀伤效能，通常需要借由对适当种类的技术控制手段的运用，支持多台无人机设备能够同时运行到特定空间位置完成集结过程，并在此基础上优质高效执行协同性的战术攻击任务。从技术性层面展开阐释分析，无人机设备的同时到达集结属于典型的一致性技术问题，基于对一致性算法程序的运用，且伴随着时间参数的持续演化，分布在网络通信技术系统内部的多台无人机设备，通常能够遵循一定表现形式的技术控制协议，借由局部性的通信协调技术干预，通过持续开展的相互作用，以及相互影响行为，持续更新优化各独立成员实际具备的基本技术状态，在达到趋近一致技术状态前提下，实现同时到达技术控制目标。

一、无人机设备同时到达的一致性算法概述

（一）一致性算法建构过程中依赖的理论基础

多无人机设备技术系统属于一种典型的多智能体。在现有的技术发展背景之下，无人机设备多机技术系统内部不同成员之间的通信技术关系通常运用有向图的形式加以表示[1]。

假设多无人机设备技术系统内部包含有N台无人机设备，则加权有向图的表达式为G=（V，E，A），其中V表示技术系统内部各组成成员所构成的节点集，E表示边集，A表示与G相对应的加权邻近矩阵，矩阵A中包含的各独立元素α表示系统内部各独立成员之间的链接权值，其通常满足限制条件α≥00。

目前运用的最为常见的一致性算法一阶模型表达式为[2]：

（1）

在公式（1）中，n表示系统中实际包含的无人机设备个数，表示第i个无人机设备所处的技术状态，表示其对应的控制输入。在这一技术情形之下，最为典型的一致性协议表达式为：

（2）

（二）无人機设备的简化运动算法模型

假设无人机设备处于平飞技术状态，则可以将无人机设备抽象处理成基于二维平面空间内部运动的质点。经由简化处理之后获取的无人机设备运动算法模型表达式如下所示：

（3）

在公式（3）中，表示无人机设备i的二维空间位置向量，表示无人机设备i在t时刻的飞行速度参数，表示无人机设备i在t时刻的航向角参数。

（三）一致性算法协调变量的选取思路

本项研究选择无人机设备的预计到达时间参数（ETA）作为一致性算法程序中包含的协调变量。通过查阅调取相关研究文献可以知道，无人机设备运行速度参数的参考指令为[3]：

（4）

在公式（4）中，表示无人机设备在i时刻的飞行速度参数，表示ETA时间参数，表示在t时刻条件下，无人机设备i与无人机设备j之间的连接权值参数。在条件下，说明无人机设备i与无人机设备j之间存在通信连接结构，在条件下，说明无人机设备i与无人机设备j之间不存在通信连接结构。

二、通信拓扑变化条件下无人机设备同时到达控制策略的设计思路

在无人机技术系统内部，多个不同设备成员在满足一致性算法约束条件之下的最弱通信连接限制条件是：在通信拓扑图之中最少包含有一个有向生成树结构。

在通信拓扑技术条件发生变化时，满足一致性算法通信拓扑约束条件的实时判别，以及同时到达控制策略设计工作的实施流程如下所述：要首要判别确定无人机技术系统内部，经由N个无人机设备成员共同构成的通信拓扑图之中，是否包含至少一个有向生成树结构，如果确定包含，则可以通过一致性算法相关程序针对具体涉及的N个无人机设备展开控制，并且促使其ETA参数项目能够达到相互一致状态;如果判定结果为未包含，则应当查找确定包含最多数量无人机设备成员的有向生成树结构对应的成员子集，并且通过对一致性算法控制功能的利用，促进其ETA参数项目达到相互一致状态，同时还要查找确认对应N个无人机设备成员，在经由变化处理后获取的通信拓扑技术结构，能够重新吸纳包含有向生成树技术结构的最小链路变更需求操作方案。

结束语：

综合本项研究中获取的相关成果，针对真实战场环境之中存在的，多台无人机设备通信链路技术结构运行过程时断时续问题，基于对一致性算法形态有向生成树最弱通信連通技术条件的运用，设计形成了无人机设备多机通信拓扑技术结构中，包含有向生成树技术结构/子树组成部分的判别技术策略，以及重新包含有向生成树技术结构的、无人机通信链路组织最小幅度变更处理方案的获取操作策略;择取预计到达时间参数（ETA）作为协调变量，基于对一致性算法技术形态的运用，支持和促进无人机设备，或者是无人机设备的成员子集实现同时到达技术控制目标。

参考文献

[1]李小民，毛琼，甘勤涛，杜占龙.有界变化时滞和联合连通拓扑条件下的分布式无人机编队飞行控制策略[J].兵工学报，2019，40（06）：1179-1189.

[2]杨小川，王运涛，黄勇，孟德虹，洪俊武，王昊.基于油电混合动力的中小型无人机及其作战应用展望[J].飞航导弹，2018（11）：41-45+51.

[3]谭雁英，薛亮，张艳宁，祝小平.通信拓扑变化条件下多无人机同时到达控制策略[J].西北工业大学学报，2018，36（03）：565-570.

作者简介：孟祥宇（1993.01-），男，河北任丘市人，学历：本科，毕业于燕山大学，现有职称：助理工程师，研究方向：无人机测控通信。