摘要: 随着无人机集群技术的快速发展，无人机集群的应用领域越来越广。在真实无人机集群下测试集群控制技术存在投入成本大、使用风险高、测试周期长等缺点，因此无人机集群控制系统常使用仿真模拟作为先期验证手段。真实飞行中的无人机集群协同控制需要通... 展开 随着无人机集群技术的快速发展，无人机集群的应用领域越来越广。在真实无人机集群下测试集群控制技术存在投入成本大、使用风险高、测试周期长等缺点，因此无人机集群控制系统常使用仿真模拟作为先期验证手段。真实飞行中的无人机集群协同控制需要通过飞行自组织网络交换无人机间的协同信息，然而在现有集群协同控制仿真研究中缺少对组网的有效建模。此外由于无人机协同控制模拟常基于时间驱动，组网模拟常基于事件驱动，使用二者联合仿真常存在系统误差大、仿真效率低等问题。组网性能直接影响到无人机集群协同控制效果，因此对无人机集群下的飞行自组织网络准确建模，并将组网仿真与集群协同控制仿真有效结合，对于研究无人机集群协同具有重要意义。 本课题的研究目标是构建集成飞行自组织网络的无人机集群控制仿真系统。为了避免联合仿真存在的不足，本文基于时间驱动设计了集群控制模型和网络模型在仿真系统中的运行机制，达到了控制和通信的准确同步，从而构建了网络控制一体化仿真系统。同时为了准确建模集群协同下的飞行自组织网络，基于其主要特征拓扑时变、数据丢包和网络延迟，本研究在组网各层构建了相应的网络模型对其进行模拟。本研究的主要成果如下: (1)构建了无人机集群控制网络化仿真系统。在仿真系统中对无人机智能体建模，配置了物理属性和通信属性。实现无人机集群协同控制模型和组网模型，并设计了二者在仿真系统中的时序控制。同时基于时间驱动设计了集群控制模型和网络模型在仿真系统中的运行机制，构建了网络控制一体化仿真环境。 (2)在飞行自组织网络建模上，分别在网络层设计了网络路由控制模块，在数据链路层设计了分组队列缓冲模型、信道接入模型和差错控制模型，以及在物理层设计了收发控制模型、传输损耗模型和信号干扰模型，以对集群协同下的组网特征进行准确模拟。 (3)构建了网络模块间的数据交互方式以将飞行自组织网络各层中的网络模块进行集成，保证数据在组网模型中的准确传输。同时设计了组网模型中网络指标的评估方法，通过端到端延迟、丢包率和吞吐量反映网络性能。 (4)通过设计多组实验参数，与网络模拟器NS-3进行对比，结果表明本文设计的组网模型能有效模拟无人机集群下的组网特性。此外在协同控制场景下与时间-事件驱动联合仿真进行对比，验证了本文设计的基于时间驱动的仿真系统的有效性。最后本文通过多组协同控制场景验证了仿真系统在网络化集群控制仿真中的有效性。 收起