【无人机协同】基于虚拟引导点结合人工势场法MPC控制实现飞行时间和攻击角度约束多无人机协同攻击附matlab代码

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🔥 内容介绍

摘要：随着无人机技术的快速发展，多无人机协同攻击成为近年来研究的热点。本文针对多无人机协同攻击问题，提出了一种基于虚拟引导点结合人工势场法和模型预测控制(MPC)的协同攻击策略，以实现对目标的精确打击。该策略通过引入虚拟引导点来引导无人机运动，并利用人工势场法设计无人机的路径规划，最终采用MPC控制器实现对飞行时间和攻击角度的精确约束。仿真结果表明，该策略能够有效地协调多架无人机的协同攻击，并满足飞行时间和攻击角度约束，具有较高的可行性和实用性。

关键词：无人机协同攻击；虚拟引导点；人工势场法；模型预测控制；飞行时间约束；攻击角度约束

1. 引言

近年来，无人机技术取得了显著进步，在军事、民用等领域得到了广泛应用。特别是多无人机协同攻击技术，因其具有高度的灵活性、机动性和安全性，成为研究热点。多无人机协同攻击是指利用多架无人机协同作战，以实现对目标的精确打击。

现有的多无人机协同攻击方法主要包括以下几种：

• 基于行为的协同攻击: 利用预先设计的行为规则来引导无人机进行协同攻击。这种方法实现简单，但难以应对复杂的环境和动态的目标。

• 基于路径规划的协同攻击: 利用路径规划算法来规划无人机的飞行路径，并通过协同控制来实现协同攻击。这种方法能够有效地避开障碍物，但难以满足飞行时间和攻击角度约束。

• 基于优化理论的协同攻击: 利用优化算法来优化无人机的飞行轨迹，并满足飞行时间、攻击角度等约束条件。这种方法能够实现较高的效率，但计算量较大。

针对现有方法的不足，本文提出了一种基于虚拟引导点结合人工势场法和模型预测控制(MPC)的多无人机协同攻击策略。该策略通过引入虚拟引导点来引导无人机运动，并利用人工势场法设计无人机的路径规划，最终采用MPC控制器实现对飞行时间和攻击角度的精确约束。

2. 算法描述

2.1 虚拟引导点

为了实现无人机的协同攻击，本文引入了虚拟引导点。虚拟引导点是一个虚拟的点，它位于目标攻击区域内，并以特定的速度运动。所有无人机都以虚拟引导点为目标进行运动，从而实现协同攻击。

2.2 人工势场法路径规划

人工势场法是一种基于力场的路径规划方法，它将目标吸引力和障碍物排斥力结合起来，形成一个力场。无人机在力场中运动，沿着力场方向移动，最终到达目标位置。

在多无人机协同攻击中，本文采用人工势场法为每架无人机规划路径。人工势场由以下几个部分组成：

• 目标吸引力: 该力场指向目标方向，大小与无人机到目标的距离成反比。

• 虚拟引导点吸引力: 该力场指向虚拟引导点方向，大小与无人机到虚拟引导点的距离成反比。

• 障碍物排斥力: 该力场指向远离障碍物方向，大小与无人机到障碍物的距离成反比。

2.3 MPC控制

模型预测控制(MPC)是一种基于模型的控制方法，它利用系统的预测模型来预测未来的状态，并根据预测结果计算控制信号，从而实现对系统的控制。

在多无人机协同攻击中，本文采用MPC控制器来实现对飞行时间和攻击角度的精确约束。MPC控制器利用无人机的动力学模型，预测无人机未来的状态，并计算控制信号，确保无人机能够在指定时间内到达目标攻击区域，并保持一定的攻击角度。

4. 结论

本文提出了一种基于虚拟引导点结合人工势场法和MPC控制的多无人机协同攻击策略，该策略能够有效地协调多架无人机的协同攻击，并满足飞行时间和攻击角度约束。仿真结果验证了该算法的有效性，为多无人机协同攻击提供了新的解决方案。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

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