仿鸟群智能的有人/无人机共融自主控制

本书系统深入地论述仿鸟群智能的有人/无人机共融自主控制的原理、模型、理论、仿真及验证。全书共11章，概述鸟群智能和有人/无人机协同控制的新进展，在分析自然界中鸟群智能行为的基础上，建立鸽群、雁群、鹰群等典型鸟类的群体智能模型，研究从鸟群智能到有人/无人机共融集群控制的映射机理，设计基于鸟群智能的有人/无人机共融集群自主控制框架。针对动态编队、应急避障、进化博弈、群组对抗等关键技术难题，提出基于鸟群智能的有人/无人机共融集群自主控制理论与方法，并通过无人机集群集成试验平台验证相关技术。本书突出学术前沿，注重学科交叉，强调工程应用，力求使广大读者能快速掌握和应用有人/无人机仿生集群自主控制的理论、方法与技术。

“共融机器人基础理论与关键技术研究著作丛书”序
序
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 有人/无人机协同 5
1.3 鸟群智能启发 9
1.4 技术挑战 16
1.5 本书结构 17
1.6 本章小结 18
参考文献 18
第2章 鸟群智能行为机制建模 25
2.1 引言 25
2.2 雁群同构V形编队建模 26
2.3 鸟群复合V形编队建模 29
2.4 雁群互惠合作机制建模 36
2.5 仿真分析 41
2.5.1 V形编队机制仿真分析 41
2.5.2 互惠合作机制仿真分析 44
2.6 本章小结 48
参考文献 49
第3章 人工干预下的鸟群智能行为机制建模 51
3.1 引言 51
3.2 鸽群归巢圆形盘旋建模 52
3.2.1 鸽群盘旋行为运动学建模 52
3.2.2 鸽群盘旋交互拓扑建模 53
3.3 人工干预下鸽群避障行为建模 61
3.3.1 人工干预下的鸽群避障逃逸行为实验 62
3.3.2 人工干预下的鸽群转向机制建模 69
3.3.3 人工干预下的鸽群分裂机制建模 73
3.4 仿真分析 75
3.4.1 鸽群避障行为数据统计及分析 75
3.4.2 人工干预下鸽群避障行为仿真分析 79
3.5 本章小结 81
参考文献 82
第4章 有人/无人机共融集群交互建模 86
4.1 引言 86
4.2 有人/无人机共融模式设计 86
4.3 有人/无人机共融模式切换 92
4.3.1 飞行员工作负荷评估建模 93
4.3.2 有人/无人自动化信任度建模 95
4.3.3 人机共融模式自适应切换方法 99
4.4 基于模仿学习的交互技术 103
4.4.1 有人/无人机集群信任度模仿学习 104
4.4.2 有人/无人机信任度学习仿真分析 107
4.5 本章小结 108
参考文献 108
第5章 有人/无人机共融集群动力学建模 113
5.1 引言 113
5.2 有人/无人机动力学建模 114
5.2.1 基于鸟群捕食-逃逸行为的动力学建模 119
5.2.2 不同人机共融模式下的动力学建模 122
5.3 仿真分析 126
5.3.1 参数指标 126
5.3.2 仿真实验 127
5.4 本章小结 136
参考文献 136
第6章 仿鸟群有人/无人机共融集群编队控制 140
6.1 引言 140
6.2 有人/无人机共融集群编队队形库设计 141
6.3 有人/无人机共融集群变拓扑重构控制 145
6.4 仿雁群智能的有人/无人机集群编队控制 148
6.4.1 有人/无人机集群空间编队控制 148
6.4.2 基于有人机指令的无人机集群控制 152
6.4.3 仿雁群编队的有人/无人机编队控制 155
6.5 仿真分析 157
6.5.1 有人/无人机编队控制方法仿真分析 157
6.5.2 有人/无人机编队变拓扑控制仿真分析 163
6.5.3 仿雁群智能的有人/无人机编队变拓扑仿真分析 167
6.6 本章小结 174
参考文献 174
第7章 仿鸟群有人/无人机共融集群避障控制 176
7.1 引言 176
7.2 仿鸽群智能的共融集群盘旋控制 177
7.2.1 盘旋问题描述 177
7.2.2 盘旋控制方法设计 178
7.2.3 盘旋控制收敛性分析 181
7.3 仿鸽群智能的有人/无人机避障控制 186
7.3.1 非转弯段有人/无人机共融集群协同运动控制 187
7.3.2 转弯段有人/无人机共融集群协同运动控制 194
7.4 仿真分析 195
7.4.1 仿鸽群智能的集群盘旋仿真分析 195
7.4.2 仿鸽群智能的集群避障仿真分析 201
7.5 本章小结 204
参考文献 204
第8章 仿鸟群有人/无人机共融集群进化博弈 206
8.1 引言 206
8.2 网络进化博弈模型 207
8.2.1 基本博弈模型 209
8.2.2 个体适应度与更新规则 209
8.3 集群对抗态势评估算法 210
8.3.1 个体态势评估 211
8.3.2 集群态势评估 212
8.4 基于网络进化博弈的集群对抗战术决策 214
8.4.1 战术任务序列分解 214
8.4.2 战术决策协同生成 219
8.5 仿真分析 221
8.6 本章小结 228
参考文献 228
第9章 仿鸟群有人/无人机共融群组博弈对抗 230
9.1 引言 230
9.2 鹰鸽空间演化机制 231
9.2.1 鹰群协同狩猎策略 231
9.2.2 鸽群协同防御策略 234
9.2.3 空间演化机制建模 236
9.3 仿鹰鸽智能的群组博弈控制 240
9.3.1 仿鹰鸽群组博弈建模 240
9.3.2 仿鹰狩猎机制的目标选择战术 243
9.3.3 仿鹰攻击机制的自适应拦截控制 246
9.3.4 仿鸽群逃逸机制的群组协同控制 247
9.4 基于鹰鸽博弈的无人机群组控制策略 249
9.4.1 鹰鸽博弈拦截时间推导 249
9.4.2 鹰鸽博弈获胜区域估计 251
9.5 仿真分析 256
9.5.1 基地四周分散交战仿真分析 257
9.5.2 基地一侧密集交战仿真分析 263
9.6 本章小结 270
参考文献 270
第10章 仿鸟群有人/无人机共融集群集成验证 272
10.1 引言 272
10.2 三维视景仿真环境构建 273
10.3 仿鸟群有人/无人机集群仿真验证 282
10.4 仿鸟群有人/无人机集群飞行验证 285
10.5 本章小结 289
参考文献 289
第11章 研究前沿与展望 291
11.1 引言 291
11.2 发展趋势 293
11.3 关键技术 295
11.3.1 鸟群智能理论与方法 295
11.3.2 有人/无人机共融集群自主控制 296
11.4 应用领域 298
11.5 本章小结 299
参考文献 299