基于一致性的多无人机编队算法研究

高鹏程，刘小雄，黄剑雄，梁 晨

(西北工业大学 自动化学院，西安 710072)

0 引言

从无人机的出现到无人机技术逐渐趋于完善，已经走过了几十年的历程。随着技术的不断完善，对无人机提出的要求也在不断提高，任务的复杂程度也在不断上升，单个无人机的性能逐渐无法满足当前任务的需求。比如由于无人机的动力限制，它无法携带大量的侦察设备或者多种传感器，这可能会导致无人机功能有较大的局限性[1-2]；单个无人机执行任务的效率较低，一旦遭遇极端天气或者复杂地形等意外情况，可能会导致无法完成任务；另外如果需要对某一地区或物体进行测绘拍照，由于条件的限制，可能需要多次才能完成全部任务，这就会大大降低使用的效率，提高了运营成本。

针对以上种种情况，学者们研究通过多无人机编队飞行(Formation Flight)来解决上述问题[3]。通过多无人机编队飞行，可以大大提高无人机完成任务的效率，拓宽无人机的应用领域，从而实现安全、高效地执行任务。目前多无人机协同编队在军事和民用领域都有广泛的应用。

目前主流的编队控制算法包括长-僚机，虚拟结构法，人工势场法[4]，一致性算法[5]以及基于行为的蚁群蜂群等智能算法[6-7]。其中一致性理论由于其实用性强且成本低廉，易于进行工程实现，于是受到学者的广泛关注。1987年，Reynolds等人首次提出Boid模型[8]，设计了三条规则来模拟鸟群运动；1995年，Vicsek在Boid模型的基础上提出了“Vicsek”模型[9]；2004年，Olfati-Saber和Murry给出了连续时间内多智能体一致性问题的理论框架[5]，为未来的一致性编队奠定了方向；……