异构多飞行器网络化分布式协同控制与观测理论和方法

针对网络中心战环境下信息处理网络化和侦查打击一体化特点和需求，研究异构多飞行器网络化分布式协同控制与观测的有关理论和方法。以代数图论为主要数学工具，洞察异构多飞行器网络中的信息和通信与控制和观测之间的内在关系；建立局部不完全通信拓扑条件下异构多飞行器网络的完全可控性和可观性条件及其与局部通信拓扑之间的关系；建立基于侦察任务的多飞行器自适应分布式协同最优信息滤波方法以及基于信息理论与最优控制理论相结合的分布式协同观测最优控制方法；建立基于打击任务的异构多飞行器网络的最优状态转移控制以及网络化协同引导方法；基于侦查打击一体化任务实现网络化通信和信息处理与网络化观测和控制的集成，提高对动态战场环境中时敏目标的快速打击能力和效果。该项目研究成果可广泛应用于各种异构类型的飞行器和机器人等多运动平台的协同控制问题，为复杂的多运动平台协同控制系统设计提供切实有效的技术途径和理论方法。

项目主要针对网络中心环境下多平台协同作战需要，研究异构多飞行器网络的协同控制、制导与估计问题。基于同构网络的受控一致性思想和代数图论，建立了异构多无人机网络化协同控制系统的可控性和可观性条件及其与异构网络通信拓扑之间的关系，分析了改善系统可控性和可观性的方法；建立了具有Leader-Follower异构型网络结构的多无人机网络化分布式协同目标跟踪与控制方法，改进了一致性信息滤波算法，设计了具有保连结性的鲁棒通信拓扑应满足的条件，提高一致性滤波的收敛性和跟踪精度。建立了基于在线滚动时域优化的异构网络的协同最优控制方法，实现了异构多无人机网络化分布式协同目标最优观测与跟踪；对网络化协同制导以及存在网络传输时延情况下的多飞行器协同制导的分布式一致性问题进行了研究，以线性矩阵不等式的形式得到了系统收敛性条件及网络传输时延的上界，并推导了同时存在网络传输时延和拓扑结构切换情况下的多飞行器协同制导一致性条件；建立了一种多个导弹编队齐射攻击的分散化协同制导方法，编队内各导弹采用相邻局部通信，编队之间则通过各编队通信拓扑生成树的根节点进行通信，设计了导弹编队内和编队间分散化协调策略以及多导弹编队齐射攻击的分散化协同制导律；建立了一种具有异构“领弹-被领弹”的分布式自适应协同制导方法，由于同时具有分布式协同和分布式参数自适应机制，该分布式自适应协同制导律具有较好的收敛性和协同能力。导弹之间采用分布式相邻局部通信，并且只需在传输某些状态信息，具有通信量小和可扩展性强等特点；建立了基于平台能力与任务属性相匹配的异构多无人机协同资源调度与任务分配方法，分别设计了分布式协调机制，实现了对资源调度和任务分配的协调优化。该项目研究成果可广泛应用于各种异构类型的飞行器和机器人等多运动平台的协同控制问题，为复杂的多运动平台协同控制系统设计提供切实有效的技术途径和理论方法。