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🔥内容介绍

一、引言：无人机协同作战的技术需求与研究背景

在现代安防、军事侦察、应急救援等复杂任务场景中，单一无人机受限于载荷、续航、感知范围等因素，难以满足大规模、高精度、长时续航的任务需求。多无人机协同作战通过资源共享、任务分工与优势互补，能够大幅提升任务执行效率、覆盖范围与抗干扰能力，已成为无人机应用领域的核心发展方向。

然而，多无人机协同面临三大核心挑战：一是联盟组建机制不完善，缺乏动态适配任务需求的无人机节点选择、角色分配与通信组网策略，导致协同效率低下；二是路径规划与能耗优化脱节，传统路径规划仅关注距离最短，忽略无人机动力学特性与能耗模型的精准匹配，导致续航能力不足、任务中断风险增加；三是协同作战调度不精准，多机任务分配与动作协调缺乏全局优化，易出现任务冲突、资源浪费等问题。

Dubins 曲线作为适用于非完整约束移动机器人的经典路径规划方法，能够生成连续光滑的最短路径，且与无人机的运动特性高度契合；精准的能耗计算模型可实现路径规划与续航能力的动态匹配；而科学的联盟组建机制则为多机协同提供组织基础。三者的融合应用，可构建 “联盟组建 - 路径优化 - 协同作战” 的全流程解决方案，为多无人机协同执行复杂任务提供技术支撑，具有重要的理论价值与工程应用前景。

二、核心理论基础：联盟组建、Dubins 曲线与能耗计算原理

（一）无人机联盟组建的核心机制

无人机联盟是指为完成特定任务，由多架具备不同功能（如侦察、打击、通信中继）的无人机通过自主协商、资源整合形成的临时性协同组织，其核心目标是通过优化资源配置与任务分工，实现整体作战效能最大化。

1. 联盟组建的关键要素：

• 节点选择：基于无人机的性能参数（续航时间、载荷类型、感知范围、通信距离）与任务需求（如侦察任务优先选择搭载高清摄像头且续航长的无人机），采用多属性决策方法筛选联盟成员，确保成员具备任务适配性；

• 角色分配：将联盟角色划分为指挥机、侦察机、攻击机、中继机等，通过匈牙利算法实现角色与无人机能力的最优匹配，例如将通信性能最优的无人机分配为中继机，将载荷能力最强的无人机分配为攻击机；

• 通信组网：采用分布式自组织网络（Ad Hoc），基于链路质量（信号强度、丢包率）动态调整网络拓扑，确保联盟内数据传输的实时性与可靠性，核心通信协议采用 UDP+CRC 校验，降低传输延迟。

1. 联盟动态调整机制：任务执行过程中，当某架无人机出现能耗过低（剩余电量≤20%）、设备故障或通信中断时，触发联盟重构流程：通过邻居发现协议寻找备用无人机节点，基于预定义的角色替换规则快速完成成员补位，确保任务不中断。

（二）Dubins 曲线：无人机路径规划的优化工具

Dubins 曲线是指在平面内，受最小转弯半径约束的移动体从起始点（位置 + 航向角）到目标点（位置 + 航向角）的最短光滑路径，其数学本质是由直线段（Straight）与圆弧段（Circular Arc）组成的复合路径（常见形式：LSL、RSR、LSR、RSL 等），完美适配无人机的非完整运动约束（无法瞬时转弯）。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

start_site = [uav.planning_route(size(uav.planning_route,1),1) uav.planning_route(size(uav.planning_route,1),2)];

tangent_now_dis = 0;

tangent_target_dis = sqrt((target.location(2)-tangent_site(2))^2 + (target.location(1)-tangent_site(1))^2);

while abs(tangent_now_dis-tangent_target_dis) > deviation && tangent_now_dis < tangent_target_dis

new_point = [start_site(1) + len_interval*cos(line_angle) start_site(2) + len_interval*sin(line_angle)];

uav.planning_route = [uav.planning_route; new_point];

start_site = new_point;

tangent_now_dis = sqrt((start_site(2)-tangent_site(2))^2 + (start_site(1)-tangent_site(1))^2);

end

end

🔗 参考文献

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🌟 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化

🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类

2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

🌟图像处理方面

图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

🌟 路径规划方面

旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化

🌟 无人机应用方面

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🌟 通信方面

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🌟 信号处理方面

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电力系统核心问题经济调度：机组组合、最优潮流、安全约束优化。新能源消纳：风光储协同规划、弃风弃光率量化、爬坡速率约束建模多能耦合系统：电-气-热联合调度、P2G与储能容量配置新型电力系统关键技术灵活性资源：虚拟电厂、需求响应、V2G车网互动、分布式储能优化稳定与控制：惯量支撑策略、低频振荡抑制、黑启动预案设计低碳转型：碳捕集电厂建模、绿氢制备经济性分析、LCOE度电成本核算风光出力预测：LSTM/Transformer时序预测、预测误差场景生成（GAN/蒙特卡洛）不确定性优化：鲁棒优化、随机规划、机会约束建模能源流分析、PSASP复杂电网建模，经济调度，算法优化改进，模型优化，潮流分析，鲁棒优化，创新点，文献复现微电网配电网规划，运行调度，综合能源，混合储能容量配置，平抑风电波动，多目标优化，静态交通流量分配，阶梯碳交易，分段线性化，光伏混合储能VSG并网运行，构网型变流器， 虚拟同步机等包括混合储能HESS：蓄电池+超级电容器，电压补偿,削峰填谷，一次调频，功率指令跟随，光伏储能参与一次调频，功率平抑，直流母线电压控制；MPPT最大功率跟踪控制，构网型储能，光伏，微电网调度优化，新能源，虚拟同同步机，VSG并网，小信号模型

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