《多无人机协同方法研究》系统地研究了多无人机协同体系结构,深入探讨了目前的多无人机协同体系结构及其应用实例,针对现有多无人机协同体系结构的缺点,提出并深入研究了基于工作流的多无人机协同体系结构,分析了多无人机协同工作流的可行性,理论验证了多无人机协同体系结构的协同性能。
《多无人机协同方法研究》可供无人飞行器作战技术与指挥及相关专业学生和研究人员学习参考,同时也适合从事无人飞行器设计的工程技术人员以及从事无人飞行器战术战法研究的作战指挥决策者阅读。
无人机在现代战争中的应用优势明显,已经被越来越多地应用于执行多种危险和复杂的任务。然而,在复杂多变的信息化战场环境下,单个无人机执行侦察或攻击等任务时面临侦察角度和范围、杀伤半径和摧毁能力等诸方面的限制,制约了作战效能的发挥,单个无人机圆满完成任务的难度越来越大。多无人机协同作战是指两架或两架以上无人机相互配合、相互协作地执行战斗任务。多无人机组成的编队协同执行一项任务,可以很好地实现优势互补,充分发挥各无人机的优势,提高战斗力。在这一过程中:多无人机间的有效协同是提升整体作战效能的关键,而多无人机协同体系结构直接影响了协同性能。本书系统研究了多无人机协同体系结构,探究现有协同体系结构的优缺点,寻求高效的协同体系结构。目前,关于多无人机协同体系结构系统研究方面的书籍还寥寥无几。
本书是作者早期获得的一些研究成果及近几年研究的结晶。在多无人机协同体系结构领域,我们首先对目前的多无人机协同体系结构进行归纳分类,分析了这些协同体系结构的基本原理,探究了这些协同体系结构的优缺点,以及它们的适用场合,为提出新的协同体系结构提供了良好的起始点;然后提出了作者的观点,将工作流理论引入协同体系结构,提出了基于工作流的多无人机协同体系结构,分析了多无人机协同工作流的可行性,理论验证了多无人机协同体系结构的协同效能。
撰写本书的目的就是总结作者最近已取得的多无人机协同体系结构方面的研究成果,提出不同的协同体系结构,为设计高效的协同体系结构提供新的思路。我们期望本书对相关专业的研究人员、教师、研究生和工程师有所裨益。
随着对多无人机协同执行任务的需求越来越多,对多无人机协同体系结构的研究必将是一个持续发展的过程。
感谢国家自然科学基金委的基金支持,感谢中国博士后科学基金会的基金支持,感谢山东省自然科学基金委的基金支持,感谢我的博士后合作导师张友安教授的悉心指导,感谢所有为本书编写做过贡献的人。
第1章 绪论
1.1 军事需求
1.1.1 多无人机协同作战需求
1.1.2 无人机自主能力发展需求
1.2 多无人机协同作战的概念与现状
1.2.1 多无人机协同作战的概念
1.2.2 多无人机自主协同控制研究现状
1.2.3 多无人机控制系统体系结构研究现状
1.2.4 多无人机协同作战所面临的挑战
1.3 多无人机协同作战的发展
1.4 本书概要
第2章 现有多无人机协同体系结构综述
2.1 基于地面控制站的协同体系结构
2.1.1 基本思想
2.1.2 实例一:“全球鹰”任务控制站
2.1.3 实例二:一站多机地面站配置及测控通信模式
2.2 基于中心节点的协同体系结构
2.2.1 基本思想
2.2.2 实例一:以长机为中心节点的协同
2.2.3 实例二:以有人机为中心节点的协同
2.3 基于多Agent的协同体系结构
2.3.1 基本思想
2.3.2 实例一:基于Agent联盟的多无人机协同
2.3.3 实例二:基于蚁群搜捕行为的多无人机协同
2.4 集散式协同体系结构
2.4.1 基本思想
2.4.2 实例一:基于团队管理的集散式协同
2.4.3 实例二:基于有人机有限控制的集散式协同
2.5 本章小结
第3章 基于工作流的协同体系结构
3.1 工作流理论
3.1.1 工作流概述
3.1.2 工作流建模方法
3.1.3 工作流模型的分析
3.2 基于工作流的协同体系结构
3.2.1 基本思想
3.2.2 协同工作过程
3.2.3 系统构架
3.3 本章小结
第4章 基于Petri网的多无人机协同工作流模型
4.1 Petri网理论
4.1.1 系统模型概述
4.1.2 Petri网基本概念
4.1.3 建立工作流的Petri网模型方法
4.1.4 Petri网模型的验证
4.2 Petri网模型分析
4.2.1 畅通性分析
4.2.2 死锁分析
4.3 基于工作流的协同体系结构的优势
4.4 本章小结
第5章 协同性能评价
5.1 多无人机协同性能指标
5.2 协同时间与协同数据量模型
5.2.1 一次协同时间基本模型
5.2.2 一次协同数据量基本模型
5.3 各种协同体系结构的协同时间与协同数据量分析
5.3.1 基于地面控制站的协同体系结构
5.3.2 基于中心节点的协同体系结构
5.3.3 基于多Agent的协同体系结构
5.3.4 基于工作流的协同体系结构
5.3.5 一次协同性能比较
5.4 多无人机自主协同体系结构系统协同性能
5.4.1 系统协同时间比较
5.4.2 系统协同数据量比较
5.5 本章小结
第6章 结束语
6.1 多无人机协同体系结构及其协同性能评估
6.2 基于工作流的多无人机协同体系结构及其可行性和性能分析
6.3 未解决的问题
参考文献