多无人机编队队形选择和优化

第36卷第5期

计算机仿真2019年5月文章编号：10〇6-9348( 2019 )05-0098-07

多无人机编队队形选择和优化

唐悦、李聪2,黄长强\王勇2

(1.临潼疗养院，陕西临潼710600;2.空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038)

摘要:针对多无人机编队作战过程中的队形选择和几何参数优化问题，提出了结合云模型理论的模糊层次分析法以及应用 于遗传算法中一种表明队形几何参数和编队作战能力指标之间关系的适应度函数。利用云模型理论对专家打分进行评价 以减少主观影响，采用模糊层次分析法得到了针对特定任务的标准队形。通过分析队形几何参数与编队作战能力的关系构 建了相应的适应度函数以引导遗传算法对队形几何参数进行寻优。数值仿真结果表明，所提方法可有效解决特定任务下的 编队队形选择和优化问题。

关键词：队形选择;队形优化;模糊层次分析法;云模型;遗传算法

中图分类号:TP391.9 文献标识码：B

The Selection and Optimization of Multiple UAVs Formation

TANG Yue1，LI Cong2,HUANG Chang-qiang2,WANG Yong2

(1. Lintong Sanatorium, .Lintong Shanxi710600, China；2. Aeronautics and Astronautics Engineering College,

Air Force Engineering University,X i’an Shanxi710038,China)

A B S T R A C T：To choose suitable multiple UCAVs formation configuration and optimize geometrical parameters of

standard formation configuration,a kind of fuzzy analytic hierarchy process method that is combined with cloud mod­els theory and genetic algorithm which contains a fitness function concerning the relationship between parameters of formation configuration and formation operational effectiveness indices.Firstly,the score given by specialists is evalu­ated with the help of cloud models theory,and then a kind of corresponding standard formation is given in the view of specific operational task.Secondly,fitness function of formation configuration geometrical parameters optimization is derived by analyzing the relationship between parameters of fonnation configuration and formation operational effective­ness indices.The numerical simulation results show that the proposed method can solve the problem of formation con­figuration selection and formation configuration optimization.

K E Y W O R D S：Formation configuration selection；Fonnation configuration optimization；Fuzzy analytic hierarchy process method；Cloud model；genetic algorithm

i引言

多无人机在执行任务过程中，几何编队队形的多样性, 为执行任务提供了更大的灵活性和选择余地。多无人机编 队队形设计贯穿于整个编队飞行过程,优异的几何队形不仅 有助于多无人机编队节省燃料消耗、增加飞行航程，还能大 大提高多无人机编队的避碰、避障概率以及战术配合能力，从而最大限度地保证其生存概率和任务完成率。因此根据 合理的准则,结合特定的战术背景，选择和优化编队队形具 有重要的实战价值。

针对多无人机编队作战问题，国内外现阶段研究热点主

基金项目：国家自然科学基金（61601505 );航空科学基金(20丨55196022);陕西省自然科学基金（2017 J M6078)

收稿日期:2018-08-31 修回日期:2018-09-01要集中于编队集结、编队重构以及编队保持过程中的编队飞 行控制方法[1]，现尚未有统一的理论来研究动态环境和特定 任务中队形的选择和优化问题。合理的队形描述是队形选 择和优化的基础，文献[5]提出了 1-+和1-1两种二维平面内 的描述方法，但根据近期美军空射无人机“蜂群”实验可知，多无人机协同作战必须将多无人机沿横向、纵深以及垂直方 向散开以实现战术的配合，故本文将编队队形几何构型拓展 至三维空间内，提出了考虑空间距离、垂直方向角度和平面 方向角度的描述方法;文献[6]提出了一种基于距离 临界经验值的队形选择方法，实现了横队、纵队和人字队形 三种有限队形的选择，因其仅考虑距离因素，未涉及与作战 相关的其它因素，无法解决特定任务下队形选择的问题，故 本文提出了结合专家打分和云模型理论评价打分结果的模 糊层次分析法以解决与任务相匹配的队形选择问题;文献[7

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