通信和测量受限条件下异构多UAV分布式协同目标跟踪方法.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252011V01．32No．2299．310ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000-6893(2011)02-0299—12通信和测量受限条件下异构多UAV分布式协同目标跟踪方法孙海波1，周锐1一，邹丽1，丁全心21．北京航空航天大学控制一体化技术国家级科技重点实验室，北京1001912．洛阳电光设备研究所火力控制技术国防科技重点实验室，河南洛

2、阳471009摘要：研究了通信和测量受限的异构多无人机(UAV)网络化分布式协同目标观测与跟踪问题。该分布式UAV系统采用长机一僚机异构型网络结构，以实现在电子静默和战术隐身条件下扩大探测和打击纵深。提出改进的一致性信息滤波(ICF)算法，实现通信和测量范围内各UAV节点的分布式信息融合。由于一致性算法的收敛性与网络拓扑结构的连通性密切相关，引入通信连接鲁棒性作为最优控制的指标函数之一，以解决通信和测量受限条件下的UAV分布式滤波与控制问题。将长机作为控制中心。使用滚动时域优化(RHO)方法求最优解，导引各架UAV按最优轨迹飞行，以获

3、取最好的跟踪效果。仿真表明，在网络连接性比较强时，改进的ICF算法可以达到与集中式信息滤波(CIF)相当的效果。与没有考虑通信连接鲁棒性的控制对比表明，该算法可以加强通信拓扑连通性，提高一致性算法的收敛性和跟踪精度，改善系统的可靠性和鲁棒性。关键词：目标跟踪；长机一僚机；通信和测量受限；一致性信息滤波；通信连接鲁棒性；滚动时域优化中图分类号：V279+．3文献标识码：A多飞行器网络化协同作战可使战场变得清晰和透明，确保信息优势以及在复杂环境下对作战空间的完备态势感知，形成高效、稳定、可信的协作攻击能力。通过网络中分配了不同任务和角色的

4、飞行器之间的协同，提高对时敏目标的搜索、识别与打击能力，原理如图1所示，主要特点如下：(1)飞行器之间任务和角色的异构型由于各飞行器在计算、通信、敏感和决策等各方面的差异，网络中各飞行器的角色和任务各不相同，有些飞行器担当领导者或决策者的角色和任务，而其他飞行器则承担被领导或被支配的角色和任务，具有长机一僚机(Leader-Follower)结构，即所谓的“异构”型。妙Leader，～≤≥)扫矿1—h一√眦wer≥r图1通信受限条件下异构多飞行器分布式协同原理Fig．1Distributedcooperationformultiple

5、heterogeneousvehiclesundercommunicationconstraint(2)飞行器之间受限分布式局部通信由于通信带宽的限制以及复杂电子环境下对飞行器电子静默和战术隐身的要求，网络中飞行器之间一般采用相邻局部通信，长机或僚收藕日期：2010-05—19；退修日期：2010-06-17；录用日期：2010-08—24；网络出版时间：2010-11．1109：14网络出版地址：WWW．c限inet／kGms／detail／11．1929．V20101111．0914．026．hhllIDOI：CNKI：11．19

6、29／V．20101111．0914．026基金项目：国家自然科学基金(60975073)；航空科学基金(2008ZCl3011)；高等学校博士学科点专项科研基金(20091102110006)I火力控制技术国防科技重点实验室基金*通讯作者．Tel．：010．82339232E-mail：zhr@buaa．edu．∞嘲甩格式i孙海渡，周锐。邹丽．等．通信和漶l受限条件下异构多UAV分布武协嘲营标跟踪方法CJ]．航空学报．2011。32(2)：299．，10．SunHaibo·ZhouRui．ZouLi·eta1．Distributed

7、cooperationtargettrackingforheterogeneousmulti-UAVundercommuniocationandmeasurementconstraintstJ]jActaAeronauticsetAstronauticsSin，；ca。20¨。32(2)：299．310．300航空学报Feb．252011V01．32No．2机仅能直接得到相邻飞行器的局部信息，不能得到飞行器网络的全局信息，且通信拓扑随着飞行器的运动动态变化，具有受限分布式局部通信特点。文献[1]提出了l架或多架F-22(长机)与多架无

8、人机(UAV)(僚机)的协同作战模式，F一22可在敌防区外对UAV群进行指挥和控制，而UAV则在战场前沿实施侦察和打击任务。这种异构的长机一僚机多飞行器网络化分布式协同作战，相当于延伸了UAV的探测距离和打击距离，同时延