飞行器智能集群技术

本书主要介绍飞行器智能集群的基本概念、内涵、关键技术，群体动力学基础模型，飞行器集群动力学模型智能规划与决策的相关算法，群体智能算法的原理、改进措施，以及协同控制的方法。全书共7章，第1章介绍群体行为及智能涌现的基本原理；第2章介绍两类飞行器智能集群的控制与规划关键技术；第3章介绍群体动力学基础模型；第4章介绍飞行器集群飞行动力学与控制模型；第5章介绍飞行器集群任务自主决策与智能规划方法；第6章介绍群体智能算法的原理及改进措施；第7章介绍飞行器智能集群的控制技术。

目录
序
前言
第1章 群体行为及智能涌现的基本原理 1
1.1 生物群体智能行为 1
1.1.1 觅食行为 1
1.1.2 群体智能行为的产生 2
1.1.3 生物群体的交流机制 3
1.1.4 生物群体的分工与协作 5
1.1.5 基于生物群体行为的统一优化框架 6
1.2 群体智能的概念和内涵 7
1.2.1 群体智能的概念 7
1.2.2 群体行为与一致性 8
1.3 群体行为及智能涌现的一致性数学模型描述 9
1.3.1 多智能体一致性数学模型 9
1.3.2 一致性理论的典型应用 11
1.4 本章小结 13
习题 13
参考文献 14
第2章 两类飞行器智能集群的控制与规划关键技术 16
2.1 航空器智能集群的控制与规划关键技术 16
2.1.1 航空器智能集群安全控制主要问题与相关概念 16
2.1.2 航空器智能集群安全状态模型 18
2.1.3 航空器智能集群安全效能评估 29
2.1.4 航空器智能集群安全控制策略 32
2.2 航天器智能集群的控制与规划关键技术 35
2.2.1 航天器智能集群控制技术 35
2.2.2 航天器智能集群规划技术 43
2.3 本章小结 46
习题 46
参考文献 46
第3章 群体动力学基础模型 52
3.1 基础知识 52
3.1.1 图和网络的基本概念 53
飞行器智能集群技术 vi
3.1.2 基于图论的集群描述 54
3.2 自驱动粒子模型 55
3.2.1 Boid模型 56
3.2.2 Vicsek模型 58
3.2.3 Cucker-Smale模型 60
3.3 引力/斥力势场模型 62
3.3.1 离散作用模型 62
3.3.2 连续介质模型 64
3.3.3 作用势场模型 65
3.4 平均场模型 67
3.4.1 平均场估计方法 67
3.4.2 稳态解分析方法 69
3.5 最优控制模型 70
3.5.1 响应式控制策略 71
3.5.2 规划式控制策略 73
3.6 本章小结 74
习题 74
参考文献 74
第4章 飞行器集群飞行动力学与控制模型 76
4.1 导弹集群飞行动力学与控制模型 76
4.1.1 典型坐标系及其转换关系 76
4.1.2 典型导弹动力学模型 79
4.1.3 基于状态空间的导弹动力学与控制模型 82
4.1.4 导弹集群动力学与控制模型 83
4.2 无人机集群飞行动力学与控制模型 83
4.2.1 固定翼无人机动力学模型与控制 84
4.2.2 多旋翼无人机动力学模型与控制 91
4.2.3 无人机编队相对运动模型 94
4.3 航天器集群飞行动力学与控制模型 96
4.3.1 坐标系及其转换关系 96
4.3.2 航天器二体动力学与非线性相对运动动力学 97
4.3.3 基于状态空间的航天器动力学与控制模型 99
4.3.4 航天器集群动力学与控制模型 100
4.4 本章小结 102
习题 103
参考文献 103
第5章 飞行器集群任务自主决策与智能规划方法 104
5.1 飞行器集群任务自主决策 104
5.1.1 飞行器集群任务自主决策相关概念 104
5.1.2 飞行器集群任务自主决策类型 105
5.1.3 飞行器集群任务自主决策流程 106
5.2 飞行器集群任务自主决策框架 107
5.2.1 自主决策分层式框架 107
5.2.2 飞行器集群任务自主决策模式 109
5.3 飞行器集群任务自主决策技术途径 111
5.3.1 任务自主决策的基本问题 111
5.3.2 基于模糊认知图的飞行器集群决策 111
5.3.3 基于专家先验知识的飞行器集群决策 113
5.3.4 基于微分博弈的飞行器集群决策 113
5.3.5 基于优化理论的飞行器集群决策 115
5.3.6 基于人工智能的飞行器集群决策 116
5.4 飞行器集群任务规划相关概念及典型场景 118
5.4.1 协同侦察任务 118
5.4.2 协同打击任务 118
5.4.3 协同突防任务 119
5.5 飞行器集群任务规划模型框架 120
5.5.1 飞行器集群任务分配的数学模型 120
5.5.2 飞行器集群协同航迹规划的数学模型 128
5.6 飞行器集群任务规划技术途径 129
5.6.1 飞行器集群任务分配求解方法 129
5.6.2 飞行器集群协同航迹规划求解方法 130
5.7 本章小结 132
习题 132
参考文献 133
第6章 群体智能算法原理及改进 135
6.1 鸽群算法原理及改进 135
6.1.1 鸽群算法的原理 135
6.1.2 鸽群算法的改进 138
6.2 蚁群算法原理及改进 143
6.2.1 蚁群算法的原理 143
6.2.2 蚁群算法的改进 146
6.3 狼群算法原理及改进 148
6.3.1 狼群算法的原理 148
6.3.2 狼群算法的改进 152
6.4 人工蜂群算法原理及改进 155
6.4.1 人工蜂群算法的原理 155
6.4.2 人工蜂群算法的改进 159
6.5 本章小结 162
习题 162
参考文献 162
第7章 飞行器智能集群的控制技术 163
7.1 导弹的编队控制与博弈控制 163
7.1.1 导弹的编队控制 163
7.1.2 导弹的博弈控制 168
7.2 无人机的编队控制与博弈控制 172
7.2.1 无人机的编队控制 172
7.2.2 无人机的博弈控制 181
7.3 航天器的编队控制与博弈控制 184
7.3.1 航天器的编队控制 184
7.3.2 航天器的博弈控制 191
7.4 本章小结 194
习题 194
参考文献 195