赵太飞 宫春杰 张 港 张 爽

①(西安理工大学自动化与信息工程学院 西安 710048)

②(陕西省智能协同网络军民共建重点实验室 西安 710000)

1 引言

单架无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)因时间、空间、任务层面的冲突而难以完成的复杂任务，无人机集群可以以其数量的优势通过协同工作而轻松完成[1]，巨大的潜力使之成为多个领域的研究热点[2,3]。无论是军用的空中侦查、蜂群协同作战还是民用的舞台表演、大型活动航拍，效率和能耗都是无人机集群作业过程中两个非常重要的指标，作为集群协同执行任务的第1步，高速率、低能耗、安全的编队集结可以为后续任务的执行提供有效保障[4]。

无线紫外光通信(UltraViolet Communications,UVC)具有局域保密性好、抗干扰能力强、窃听率低、位辨率低、背景噪声小、全天候、非直视通信等优点[5]，另外紫外光收发装置结构简单、成本低、可靠性高、轻便易搭载[6]，可以在无人机集群工作的多种复杂场景中进行稳定的机间通信。

关于编队集结，国内外学者已进行了大量研究并取得了一些成果。Reynolds[7]在观察群体生物活动规律的基础上改进粒子系统，提出一种极化的、非碰撞的无人机集群运动模型。Daniel等人[8]在此基础上提出了一种避免无人机集群自分离的通道感知转向策略，但未考虑机间防碰撞。Gazi等人[9]提出了一种分散控制策略，利用势场法模拟群体的集结。Olfati-saber等人[10]利用从所需编队的结构约束中获得的自然势函数为每一辆自主机器人提供无碰撞、分布和有界的状态反馈律。Easthope[11]通过粒子滤波法为无人机集群的质心提供稳定的轨迹，令各UAV跟踪该质心从而实现集群的稳定。……