目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 無人機(jī)集群系統(tǒng) 5
1.2.1 無人機(jī)自主性 5
1.2.2 無人機(jī)集群特點(diǎn) 7
1.2.3 典型無人機(jī)集群系統(tǒng) 8
1.3 生物群體行為機(jī)制及模型 13
1.3.1 典型生物群體行為機(jī)制 13
1.3.2 群體智能行為特點(diǎn) 17
1.3.3 典型群體運(yùn)動(dòng)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(jī)集群的映射機(jī)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(xiàn) 25
第2章 生物群體運(yùn)動(dòng)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(gè)體分布圖 35
2.3 基于隨機(jī)視線方向的Vicsek 模型 36
2.3.1 模型描述 36
2.3.2 隨機(jī)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(shí)驗(yàn)分析 44
2.4 基于改進(jìn)拓?fù)湟?guī)則的Vicsek 模型 49
2.4.1 拓?fù)渚嚯x規(guī)則 49
2.4.2 對(duì)拓?fù)渚嚯x規(guī)則的改進(jìn) 50
2.4.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 52
2.5 基于分?jǐn)?shù)階微積分的Vicsek 模型 55
2.5.1 分?jǐn)?shù)階微積分 55
2.5.2 分?jǐn)?shù)階Vicsek 模型 55
2.5.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 56
2.6 本章小結(jié) 61
參考文獻(xiàn) 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(jí)引領(lǐng)機(jī)制建模 66
3.2.1 基于改進(jìn)拓?fù)浣换ヒ?guī)則的層級(jí)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(shí)延條件 80
3.2.4 仿真實(shí)驗(yàn)分析 83
3.3 雁群線性編隊(duì)機(jī)制建模 85
3.3.1 大雁空氣動(dòng)力學(xué)模型 85
3.3.2 雁群群體行為規(guī)則 90
3.3.3 拓?fù)浞�(wěn)定性分析 92
3.3.4 仿真實(shí)驗(yàn)分析 95
3.4 狼群協(xié)同圍捕機(jī)制建模 97
3.5 本章小結(jié) 102
參考文獻(xiàn) 102
第4章 從生物群體智能行為到無人機(jī)集群控制 106
4.1 引言 106
4.2 編隊(duì)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(duì)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(jī)緊密編隊(duì)控制 118
4.3.1 編隊(duì)模型 119
4.3.2 長機(jī)尾流模型 120
4.3.3 長機(jī)尾流引起僚機(jī)氣動(dòng)力的變化 124
4.3.4 長機(jī)尾流干擾下的緊密編隊(duì)模型 125
4.3.5 基于改進(jìn)鴿群優(yōu)化的緊密編隊(duì)控制 128
4.4 仿鴿/雁群的無人機(jī)實(shí)時(shí)避障 133
4.4.1 仿鴿子飛行的無人機(jī)實(shí)時(shí)避障 133
4.4.2 仿雁群飛行的無人機(jī)實(shí)時(shí)避障 137
4.5 本章小結(jié) 142
參考文獻(xiàn) 142
第5章 基于鴿群行為機(jī)制的無人機(jī)集群編隊(duì) 146
5.1 引言 146
5.2 基于鴿群行為機(jī)制的緊密編隊(duì)及重構(gòu) 147
5.2.1 基于鴿群智能的緊密編隊(duì)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(shí)驗(yàn)分析 154
5.3 基于鴿群行為機(jī)制的集群編隊(duì)及避障 168
5.3.1 基于鴿群層級(jí)引領(lǐng)的集群編隊(duì)控制方法 168
5.3.2 鴿子飛行避障導(dǎo)引及改進(jìn)人工物理避障測試 171
5.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 185
5.4 本章小結(jié) 190
參考文獻(xiàn) 191
第6章 基于雁群行為機(jī)制的無人機(jī)集群編隊(duì) 193
6.1 引言 193
6.2 基于雁群行為機(jī)制的編隊(duì)保持 195
6.2.1 基于雁群行為機(jī)制的編隊(duì)構(gòu)型設(shè)計(jì) 195
6.2.2 仿真實(shí)驗(yàn)分析 196
6.3 基于雁群行為機(jī)制的編隊(duì)重構(gòu) 201
6.3.1 基于頭雁變換的隊(duì)形變換 201
6.3.2 基于局部通信的隊(duì)形變換 203
6.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 205
6.4 本章小結(jié) 219
參考文獻(xiàn) 219
第7章 基于狼群行為機(jī)制的無人機(jī)集群任務(wù)分配 221
7.1 引言 221
7.2 基于狼群勞動(dòng)分工的集群靜態(tài)目標(biāo)分配 223
7.2.1 無人機(jī)集群靜態(tài)目標(biāo)分配建模 223
7.2.2 仿狼群勞動(dòng)分工的目標(biāo)分配 226
7.2.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 229
7.3 基于狼群游獵的集群動(dòng)態(tài)任務(wù)分配 234
7.3.1 無人機(jī)集群動(dòng)態(tài)任務(wù)分配建模 234
7.3.2 基于狼群游獵的動(dòng)態(tài)任務(wù)分配 236
7.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 242
7.4 本章小結(jié) 248
參考文獻(xiàn) 248
第8章 基于生物群集自組織的無人機(jī)集群目標(biāo)跟蹤 250
8.1 引言 250
8.2 生物自組織運(yùn)動(dòng)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(jī)制的群集運(yùn)動(dòng)模型 254
8.3 集群協(xié)同目標(biāo)跟蹤控制 258
8.3.1 集群協(xié)同目標(biāo)對(duì)峙跟蹤 258
8.3.2 基于滾動(dòng)預(yù)測的障礙物規(guī)避 269
8.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 274
8.4 本章小結(jié) 282
參考文獻(xiàn) 283
第9章 基于群體智能的無人機(jī)集群動(dòng)態(tài)資源分配 286
9.1 引言 286
9.2 基于群體智能的合作進(jìn)化動(dòng)力學(xué) 287
9.2.1 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)化博弈軟控制 287
9.2.2 模型描述 288
9.2.3 動(dòng)力學(xué)特性分析 292
9.3 基于群體動(dòng)力學(xué)的無人機(jī)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(jìn)化博弈群體動(dòng)力學(xué)的協(xié)調(diào)算法 302
9.3.3 仿真實(shí)驗(yàn)分析 314
9.4 本章小結(jié) 326
參考文獻(xiàn) 327
第10章 基于群體智能的無人機(jī)集群自主協(xié)調(diào)集成飛行驗(yàn)證 329
10.1 引言 329
10.2 基于群體智能的無人機(jī)集群飛行綜合驗(yàn)證平臺(tái) 331
10.2.1 硬件平臺(tái)搭建 331
10.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 333
10.3 集群自主協(xié)調(diào)飛行驗(yàn)證 335
10.3.1 基于鴿群行為的編隊(duì) 335
10.3.2 基于雁群行為的編隊(duì) 338
10.3.3 基于狼群行為的目標(biāo)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(xiàn) 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(xiàn) 369