【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于無人機集群容錯控制，尤其涉及一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法。
技術介紹
1、目前無人機自修復算法領域處于研究起步階段，系統研究成果較少，主要可以分為三個典型類別：直接自修復法、基于密度的自修復法、遞歸自修復法。
2、直接自修復方法完全依賴于預先定義的自修復規則，這些規則確定了在發現失效個體后應該采取的行動。常見的自修復方法是選擇一個備用個體來替代故障個體，并且重新建立網絡拓撲結構以確保網絡的連通性。然而，這類方法通常需要一個全局或高級規劃器來指導自修復過程，或者要求每個個體在自修復過程中擴大其通信范圍。因此，在全分布式應用中實施這類方法仍然存在一些挑戰和困難。例如，全局規劃器可能需要大量的計算和通信資源來有效地指導自修復過程，而每個個體擴大通信范圍可能會增加能量消耗和通信負擔。
3、在基于密度的自修復方法中，集群的密度分布被作為一個重要的評估指標，自修復任務主要通過密度擴散和再平衡過程來實現。受包含氣體模型的啟發，cheng等人提出了一種分布式自聚集方法，用于協調集群在預定的特定形狀內分散，并進一步開發了一種自修復算法，通過在整個任務過程中保持整個形狀模型的恒壓平衡來解決個體死亡和位移問題。shen等人提出了一種激素啟發算法，利用激素濃度的不同分布特性來完成自組織和自修復任務。derbakova等人提出了一種分散式自修復算法。通過向一個特殊的網關節點移動并在預定義的范圍內重新分散，使得個體可以恢復無線網狀網絡的連接。基于密度的方法在很大程度上依賴于預定義的反應行為，因此難以用數學方
4、在遞歸自修復法中，選擇一系列機器人通過級聯運動遞歸修復網絡拓撲結構。younis等人通過命令受損節點的鄰居相互移動，從而重建必要的連接，實現自我修復任務。然而，所提出的方法在連接修復過程中存在拓撲變化大和移動角色數量多的問題。abbasi等人提出了一種遞歸自修復算法，通過重新定位一些級聯的個體節點，在出現個體失效后恢復無線傳感器—個體網絡的連接。隨后，他們進一步優化了節點移動，并提出了一種拓撲變化最小的高級自修復算法。liu等人利用梯度來估計分布式多智能體網絡中的距離，并提出了一種完全分布式的基于梯度的自修復算法，該算法利用局部最小機器人生成梯度，并通過最優修復路徑解決了自修復問題。然而，局部最小機器人的定義對網絡拓撲結構施加了嚴格的要求，并且缺乏普適性。
技術實現思路
1、為解決上述技術問題，本專利技術提出了一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法，以解決上述現有技術存在的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法，包括：
3、基于分布式決策選取局部最優無人機，生成所述局部最優無人機的等級基，基于局部最優無人機的等級基確定無人機集群等級分布；
4、構建修復無人機選舉機制，當出現無效無人機節點，則基于所述無人機集群等級分布與所述修復無人機選舉機制選出全部修復無人機并生成無人機修復路徑，基于所述無人機修復路徑重建無人機集群的網絡拓撲結構，重建完成后重新確定無人機集群等級分布。
5、可選的，選取局部最優無人機的過程包括：判斷每個無人機節點的通信鏈路數量與對應鄰居節點的通信鏈路數量的大小關系，若無人機節點滿足預設條件，則判定為局部最優無人機；其中，所述預設條件如下：
6、
7、其中，ulou為局部最優無人機，d表示無人機的通信鏈路數量。
8、可選的，確定無人機集群等級分布的過程包括：
9、生成所述局部最優無人機的等級并固定不變，構建無人機等級擴散機制，基于所述無人機等級擴散機制與局部最優無人機的等級確定無人機集群等級分布；其中，所述無人機等級擴散機制包括：每個無人機節點接收對應的鄰居節點的等級基，基于鄰居節點的等級基和等級基增量確定無人機節點的等級基，基于等級基與無人機節點的通信鏈路數量確定等級，直至確定無人機集群中的全部無人機。
10、可選的，所述修復無人機選舉機制包括失效節點的直接修復無人機選舉機制和后續修復無人機選舉機制。
11、可選的，所述直接修復無人機選舉機制包括：
12、將失效節點的全部鄰居節點作為候選無人機節點，所述候選無人機節點均初始化一個協商包，制定選舉規則；所述候選無人機節點互相發送接收對方的協商包，并根據協商包內包括的信息對協商包進行更新，直至全部協商包內容相同，獲得失效節點的直接修復無人機；其中，所述協商包包括節點編號與節點等級。
13、可選的，所述選舉規則包括：
14、每個無人機節點對自身協商包與接收的協商包進行比較，若無人機節點的節點等級大于接收的節點等級，則基于接收的協商包對無人機節點的協商包進行更新；若無人機節點的節點等級等于接收的節點等級且節點編號大于接收的節點編號，則基于接收的協商包對無人機節點的協商包進行更新；否則，無人機節點的協商包不進行更新。
15、可選的，所述后續修復無人機選舉機制包括：
16、直接修復無人機的全部鄰居節點均初始化一個協商包，并互相發送接收對方的協商包；并根據協商包內包括的信息對協商包進行更新，直至全部協商包內容相同，獲得失效節點的后續修復無人機。
17、可選的，所述方法還包括：若失效節點數量大于一，則判斷無人機節點是否被選定為修復無人機或后續修復無人機，若已經被選定，則在其他失效節點選定修復無人機時不參與選舉。
18、與現有技術相比，本專利技術具有如下優點和技術效果：
19、本專利技術提供一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法，首先，基于分布式決策選取局部最優無人機，生成所述局部最優無人機的等級基并固定設定值，然后，基于局部最優無人機的等級基確定無人機集群等級分布；再次，構建修復無人機選舉機制，當出現無效無人機節點，則基于所述無人機集群等級分布與所述修復無人機選舉機制選出全部修復無人機并生成無人機修復路徑，最后，基于所述無人機修復路徑重建無人機集群的網絡拓撲結構，重建完成后重新確定無人機集群等級分布。本專利技術通過有效恢復因節點失效產生的網絡結構破壞，進而快速恢復無人機集群固有的網絡拓撲結構和集群構型，使得無人機集群系統在對抗環境下擁有較好的抗毀性和持續執行任務的能力，對于無人機集群在軍事領域的實際應用具有重大的研究意義和應用價值。
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1.一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
5.根據權利要求4所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
6.根據權利要求5所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
7.根據權利要求6所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
8.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
【技術特征摘要】
1.一種無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
4.根據權利要求1所述的無人機集群構型動態自修復最優控制方法，其特征在于，
...【專利技術屬性】
技術研發人員：潘振華，馮晉晨，王睿哲，于婷婷，夏元清，李杰，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：
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