本發(fā)明涉及一種異構飛行器防撞方法及系統(tǒng)，具體說是一種基于納什議價的異構飛行器防撞方法及系統(tǒng)，屬于飛行器控制。

背景技術：

1、在一些任務場景中，需要飛行速度不同的高速飛行器合作完成，在進行編隊飛行或協(xié)同任務時，飛行器之間的防撞是涉及飛行安全最基礎的問題。目前現(xiàn)有技術大多是針對同構飛行器，而飛行速度有差異的異構飛行器之間的最優(yōu)化防撞控制研究較少。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中缺少異構飛行器防撞方法的問題，提供一種基于納什議價的異構飛行器防撞方法及系統(tǒng)，該方法采用納什議價方法，在考慮每架飛行器的機動能力下實現(xiàn)帕累托最優(yōu)，有助于實現(xiàn)編隊中各飛行器的公平合作，并提高整體任務執(zhí)行的效率和穩(wěn)定性。

2、為了解決上述問題，本技術是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

3、一種基于納什議價的異構飛行器防撞方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

4、步驟1、定義效用函數(shù)：將每架飛行器速度輸出標量的大小作為該飛行器的一個效用函數(shù)；

5、步驟2、根據(jù)步驟1中的效用函數(shù)確定談判參數(shù)；

6、步驟3、根據(jù)步驟1中的效用函數(shù)和步驟2中的約束條件，確定目標函數(shù)；

7、步驟4、對步驟3中的目標函數(shù)進行求解，得到每架飛行器的速度；

8、步驟5、對步驟4中每架飛行器的速度進行調(diào)整，得到最后的結果。

9、進一步地，所述步驟1中效用函數(shù)為：，

10、式中：為飛行器的效用函數(shù)，描述的是飛行器的速度大小，反映了飛行器進行位置調(diào)整時需要消耗的大??；為飛行器速度改變向量；為飛行器在坐標軸方向和軸方向的實際速度。

11、進一步地，所述步驟2中的談判參數(shù)包括飛行器的最大速度、談判破裂點以及滿足約束條件的可行解取值范圍；

12、其中，談判結果不能超過飛行器的最大飛行速度，

13、定義談判破裂點為：。

14、進一步地，所述步驟2中的約束條件包括飛往目的地的李雅普諾夫條件和李雅普諾夫障礙函數(shù)條件，

15、其中，所述飛往目的地的李雅普諾夫條件為：，

16、式中：為李亞普諾夫候選函數(shù)，是一個非負標量函數(shù)，描述的是系統(tǒng)狀態(tài)的能量或某種成本；?和?為?沿著系統(tǒng)動態(tài)的導數(shù)，描述的是在系統(tǒng)動態(tài)下的變化率；?為?關于系統(tǒng)狀態(tài)的時間導數(shù)，描述的是在給定當前狀態(tài)下的系統(tǒng)自然演化的影響；?為??關于控制輸入的導數(shù)，描述的是在給定控制輸入下的系統(tǒng)響應的影響；為控制輸入，表示施加到系統(tǒng)上的控制動作；為非負常數(shù)，被視為衰減率或裕度；為系統(tǒng)穩(wěn)定性的閾值；

17、所述李雅普諾夫障礙函數(shù)條件為：，

18、式中：為李亞普諾夫障礙函數(shù)，是一個非負標量函數(shù)，在防撞問題中，表示飛行器之間的距離變化率；為非負常數(shù)，被視為安全裕度或障礙函數(shù)的增長率。

19、進一步地，所述步驟3中飛行器的目標函數(shù)為：<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msup><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>*</mi></mstyle></msup></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>(</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>s</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>,</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>)</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>r</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>g</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>m</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>a</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>x</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>[</mo><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∏</mo><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>=</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mn>1</mn></mstyle></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>n</mi></mstyle></munderover><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mo>(</mo><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>u</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle></msub></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>?</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>d</mi></mstyle><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mrow /><mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>i</mi></mstyle></msub></mstyle></mstyle><mo>)</mo></mstyle></mstyle></mstyle></mstyle></mstyle><mo>]</mo></mstyle></mstyle>，

20、式中：為可行解集，即滿足所有約束條件的解的集合；為參與談判計算的飛行器數(shù)量；為狀態(tài)空間，即所有飛行器的可能狀態(tài)的集合；為距離閾值，即飛行器之間的最小允許距離；為第個約束條件下的效用函數(shù)值，描述的是在給定約束下的飛行器的效用或性能；為第個約束條件下的距離閾值，它特定于每個約束條件；為求解可行解集??中使給定函數(shù)最大化的參數(shù)組合；

21、為一組最優(yōu)控制輸入，它是由各個飛行器控制輸出??所構成的向量；。

22、進一步地，所述步驟4采用sequential?quadratic?programming對步驟3中的目標函數(shù)進行求解，具體步驟如下：

23、步驟4.1、初始化當前估計的最優(yōu)解，x0；

24、步驟4.2、評估步驟3中的目標函數(shù)和步驟2中的約束條件在?x0?處的值；

25、步驟4.3、通過使用二次函數(shù)近似目標函數(shù)和約束條件，形成?qp?子問題；

26、步驟4.4、解決?qp?子問題以獲取新的最優(yōu)解估計，x1；

27、步驟4.5、使用?x1?更新當前估計的最優(yōu)解；

28、步驟4.6、重復步驟?4.2-步驟4.5?直到收斂至符合約束條件的解。

29、進一步地，所述步驟5采用迭代的方法進行調(diào)整。

30、一種基于納什議價的異構飛行器防撞系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括主控器，用于求解滿足約束條件和安全距離的最優(yōu)控制輸入，并將最優(yōu)控制輸入傳輸給每架飛行器，同時接收每架飛行器的速度信息；

31、通信模塊，用于主控器與每架飛行器之間傳輸信息；

32、飛行器，包括飛行器通信模塊和飛控交聯(lián)接口，其中飛行器通信模塊用于通信模塊與飛控交聯(lián)結構之間傳輸信息，所述飛控交聯(lián)接口用于采集飛行器的速度信息和傳送飛行器通信模塊的信息。

33、本發(fā)明通過定義李雅普諾夫條件確定飛行器的約束要求，通過李雅普諾夫函數(shù)以及李雅普諾夫障礙函數(shù)確定可行解的范圍，使用納什議價方法求解可以在考慮每架飛行器的機動能力下，實現(xiàn)整體任務的最優(yōu)化的控制指令，實現(xiàn)帕累托最優(yōu)；通過談判破裂點設定每架飛行器的最大速度指令的限制，并基于破裂點設定值優(yōu)化速度輸出指令，適合速度有明顯差異的異構飛行器集群；該方法有助于實現(xiàn)編隊中各飛行器的公平合作，并提高整體任務執(zhí)行的效率和穩(wěn)定性。