具有时空约束的无人车集群构型变换方法

苏致远，李永乐，徐友春，章永进

(陆军军事交通学院，天津300161)

0 引言

无人车辆集群是具备不同功能的无人车聚集执行统一任务的重要形式，通过编成特定的队形，实现进攻、防御、监视等多样化任务.在任务执行过程中，车辆集群需要根据任务需求在规定时间或空间内进行构型变换，特定约束下的构型变换方法是集群的一个重点研究方向.

现有集群控制主要采用图论法、领航跟随法、基于行为法、势场法和虚拟结构法等[1-2].图论法可以方便描述编队成员之间的拓扑关系，判定编队控制的收敛性；领航跟随法是最常见的集群控制方法，跟随者根据领航者的行为做出响应并满足一致性；利用基于行为法，每个智能体都可以根据环境及反馈实现基本的行为控制；虚拟结构法根据事先定义的虚拟结构为每个智能体分配目标，实现队形保持；人工势场法通过构造势场函数实现队形保持与障碍规避，但可能陷入局部最小的情况.以上方法描述了集群组织的基本框架，针对具体的任务，尤其是状态切换任务，还需要单独设计切换过程.

在集群构型变换方面，大部分研究为无人机集群的队形变换[3-5]，广泛采用分层进化路径规划方法、最优化与生物进化相结合的方法[6-7].与无人机队形变换不同，车辆具有非完整性约束，在碰撞规避、路径规划等方面更加复杂.本文针对无人车集群的构型变换问题，采用图论[8]方法描述构型关联和构型变换……