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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 无人机集群系统5

1.2.1 无人机自主性5

1.2.2 无人机集群特点7

1.2.3 典型无人机集群系统8

1.3 生物群体行为机制及模型13

1.3.1 典型生物群体行为机制13

1.3.2 群体智能行为特点17

1.3.3 典型群体运动模型18

1.4 仿生物群集行为的自主集群21

1.4.1 生物群集与无人机集群的映射机制21

1.4.2 基于生物群集行为的集群自主控制22

1.5 本书体系结构24

1.6 本章小结25

参考文献25

第2章 生物群体运动模型30

2.1 引言30

2.2 Vicsek模型32

2.2.1 模型描述32

2.2.2 性能参数33

2.2.3 个体分布图35

2.3 基于随机视线方向的Vicsek模型36

2.3.1 模型描述36

2.3.2 随机视线方向对邻域范围的影响38

2.3.3 同步性能分析39

2.3.4 仿真实验分析44

2.4 基于改进拓扑规则的Vicsek模型49

2.4.1 拓扑距离规则49

2.4.2 对拓扑距离规则的改进50

2.4.3 仿真实验分析52

2.5 基于分数阶微积分的Vicsek模型55

2.5.1 分数阶微积分55

2.5.2 分数阶Vicsek模型55

2.5.3 仿真实验分析56

2.6 本章小结61

参考文献61

第3章 典型生物群体智能建模64

3.1 引言64

3.2 鸽群层级引领机制建模66

3.2.1 基于改进拓扑交互规则的层级引领网络模型66

3.2.2 鸽群交互行为规则建模71

3.2.3 稳定性时延条件80

3.2.4 仿真实验分析83

3.3 雁群线性编队机制建模85

3.3.1 大雁空气动力学模型85

3.3.2 雁群群体行为规则90

3.3.3 拓扑稳定性分析92

3.3.4 仿真实验分析95

3.4 狼群协同围捕机制建模97

3.5 本章小结102

参考文献102

第4章 从生物群体智能行为到无人机集群控制106

4.1 引言106

4.2 编队控制107

4.2.1 模型及约束条件107

4.2.2 姿态及位置控制110

4.2.3 引领-跟随编队控制112

4.2.4 基于鸽群优化的控制参数整定115

4.3 无人机紧密编队控制118

4.3.1 编队模型119

4.3.2 长机尾流模型120

4.3.3 长机尾流引起僚机气动力的变化124

4.3.4 长机尾流干扰下的紧密编队模型125

4.3.5 基于改进鸽群优化的紧密编队控制128

4.4 仿鸽／雁群的无人机实时避障133

4.4.1 仿鸽子飞行的无人机实时避障133

4.4.2 仿雁群飞行的无人机实时避障137

4.5 本章小结142

参考文献142

第5章 基于鸽群行为机制的无人机集群编队146

5.1 引言146

5.2 基于鸽群行为机制的紧密编队及重构147

5.2.1 基于鸽群智能的紧密编队控制方法147

5.2.2 捕食逃逸鸽群优化测试152

5.2.3 仿真实验分析154

5.3 基于鸽群行为机制的集群编队及避障168

5.3.1 基于鸽群层级引领的集群编队控制方法168

5.3.2 鸽子飞行避障导引及改进人工物理避障测试171

5.3.3 仿真实验分析185

5.4 本章小结190

参考文献191

第6章 基于雁群行为机制的无人机集群编队193

6.1 引言193

6.2 基于雁群行为机制的编队保持195

6.2.1 基于雁群行为机制的编队构型设计195

6.2.2 仿真实验分析196

6.3 基于雁群行为机制的编队重构201

6.3.1 基于头雁变换的队形变换201

6.3.2 基于局部通信的队形变换203

6.3.3 仿真实验分析205

6.4 本章小结219

参考文献219

第7章 基于狼群行为机制的无人机集群任务分配221

7.1 引言221

7.2 基于狼群劳动分工的集群静态目标分配223

7.2.1 无人机集群静态目标分配建模223

7.2.2 仿狼群劳动分工的目标分配226

7.2.3 仿真实验分析229

7.3 基于狼群游猎的集群动态任务分配234

7.3.1 无人机集群动态任务分配建模234

7.3.2 基于狼群游猎的动态任务分配236

7.3.3 仿真实验分析242

7.4 本章小结248

参考文献248

第8章 基于生物群集自组织的无人机集群目标跟踪250

8.1 引言250

8.2 生物自组织运动群集模型251

8.2.1 虚拟力框架下的群集模型251

8.2.2 基于注意力机制的群集运动模型254

8.3 集群协同目标跟踪控制258

8.3.1 集群协同目标对峙跟踪258

8.3.2 基于滚动预测的障碍物规避269

8.3.3 仿真实验分析274

8.4 本章小结282

参考文献283

第9章 基于群体智能的无人机集群动态资源分配286

9.1 引言286

9.2 基于群体智能的合作进化动力学287

9.2.1 网络进化博弈软控制287

9.2.2 模型描述288

9.2.3 动力学特性分析292

9.3 基于群体动力学的无人机连续资源分布式优化298

9.3.1 问题描述298

9.3.2 基于进化博弈群体动力学的协调算法302

9.3.3 仿真实验分析314

9.4 本章小结326

参考文献327

第10章 基于群体智能的无人机集群自主协调集成飞行验证329

10.1 引言329

10.2 基于群体智能的无人机集群飞行综合验证平台331

10.2.1 硬件平台搭建331

10.2.2 软件系统设计333

10.3 集群自主协调飞行验证335

10.3.1 基于鸽群行为的编队335

10.3.2 基于雁群行为的编队338

10.3.3 基于狼群行为的目标分配344

10.3.4 基于群体智能的协同跟踪351

10.4 本章小结355

参考文献355

第11章 研究前沿与展望357

11.1 引言357

11.2 发展趋势358

11.3 关键技术362

11.4 应用领域365

11.5 发展战略367

11.6 本章小结368

参考文献369