韧性无人机群多域协同方法建模与求解（2022）.pdf
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航
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空
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学
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报
Ｍａ
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２０２２ Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．５
Ａｃｔａ
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Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ
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１１
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３２５３４０
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ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
引用格式
：
孙沁
，
李鸿旭
，
王毓智
，
等
．
韧性无人机群多域协同方法建模与求解
［
Ｊ
］
．
航空学报
，
２０２２
，
４３
（
５
）：
３２５３４０．ＳＵＮ
!
Ｑ
，
ＬＩ
!
Ｈ
Ｘ
，
ＷＡＮＧ
!
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!
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!
ＵＡＶ
!
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ｍｏｄｅｌｉｎ
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－
ｄｏｍａｉｎ
!
ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ
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ｍｅｔｈｏｄ
［
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］
．Ａｃｔａ
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－
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ｅｔ
!
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ
!
Ｓｉｎｉｃａ
，
２０２２
，
４３
（
５
）：
３２５３４０
（
ｉｎ
!
Ｃｈｉｎｅｓｅ
）
．ｄｏｉ
：
１０．７５２７
／
Ｓ１０００
－
６８９３．２０２１．２５３４０
韧性无人机群多域协同方法建模与求解
孙沁
，
李鸿旭
，
王毓智
，
周丽萍
，
张英朝
#
中山大学 系统科学与工程学院
，
广州
!
５１０００６
摘
!
要
：
为提高无人机群
（
ＵＡＶＳ
）
在执行任务过程中的抗干扰能力
，
提出了一种韧性无人机群多域协同方法
，
并对其进
行建模与求解
。
首先
，
改进了韧性无人机群恢复因子
；
在此基础上
，
通过协调机群中的非重要节点接替受扰机群中的重
要节点
，
以提高受扰动无人机群的性能
；
最后
，
通过仿真验证了该方法的有效性
。
结果表明
，
该方法能够有效地恢复受扰
动无人机群的性能
，
使其性能快速恢复到任务基线以上
，
从而确保了任务的完成
，
增强了无人机群的韧性
。
该研究结果
为无人机群协同作战提供了新思路
、
新方法
。
关键词
：
韧性
；
无人机群
；
多域协同
；
建模
；
任务基线
中图分类号
：
Ｖ２７９
!!!
文献标识码
：
Ａ
!!!
文章编号
：
１０００
－
６８９３
（
２０２２
）
０５
－
３２５３４０
－
１４
收稿日期
：
２０２１
－
０１
－
２８
；
退修日期
：
２０２１
－
０４
－
１３
；
录用日期
：
２０２１
－
０６
－
０４
；
网络出版时间
：
２０２１
－
０６
－
２１
!
１０
：
５７
网络出版地址
：
ｈｔｔ
ｐ
ｓ
：／／
ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ
／
ＣＮ
／
Ｙ２０２２
／
Ｖ４３
／
Ｉ５
／
３２５３４０
基金项目
：
中山大学百人计划人才引进
（
１９０１５８
）
#
通信作者
．Ｅ
－
ｍａｉｌ
：
ｚｈａｎ
ｇｙ
ｃｈ６８
＠
ｍａｉｌ．ｓ
ｙ
ｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
!!
无 人机
（
Ｕｎｍａｎｎｅｄ
!
Ａｅｒｉａｌ
!
Ｖｅｈｉｃｌｅ
，
ＵＡＶ
）
因具有移动性强
、
部署灵活等特点被广泛应用于
通信中继
、
搜索救援
、
军事对抗等领域
［
１
－
３
］
。
尤其
是在军事对抗领域
，
无人机凭借其执行任务时间
长
、
生产周期短
、
价格低廉等优势
，
被应用于情报
侦察
、
电子干扰
、
火力打击等行动中
［
４
］
。
在军事智
能化的背景下
，
战场环境更加复杂
，
单架无人机常
常无法满足任务需求
，
无人机群
（
Ｕｎｍａｎｎｅｄ
!
Ａｅｒ
－
ｉａｌ
!
Ｖｅｈｉｃｌｅ
!
Ｓｗａｒｍ
，
ＵＡＶＳ
）
受到了国内外学者的
广泛关注
［
５
－
７
］
。
无人机群是通过多架无人机相互
协作实现整体效能的倍增
，
使其态势感知更灵敏
、
作战协同更高效
、
遂行作战更持久
［
８
］
。
构成机群的无人机数量多
、
协作关系复杂
，
容
易受环境干扰
，
使其安全
、
可靠运行是任务成功的
关键
。
现 研 究 分 别 从 无 人 机 群 鲁 棒 性
［
９
］
、
可 靠
性
［
１０
］
及韧性
［
１１
－
１３
］
等性 质展 开
。
由于 韧性 不仅包
含了抗干扰能力
，
同时涵盖了恢复能力
，
能更加全
面表征从抵抗到受损
、
再从受损到恢复的过程
，
成
为近年来研究的热点
。
韧性概念 最初 由生态 学家
Ｈｏｌｌｉｎ
ｇ
［
１４
］
提出
，
用于衡量生态系统在扰动环境下的抵抗
、
恢复等
能力
。
现研究大部分围绕韧性评估
、
韧性优化等
内容展开
。
Ｔｒａｎ
等
［
１５
］
通过网 络 对 干 扰 的 吸 收
、
恢复及适应时间
，
提出了具有波动因子的网络韧
性定量评估方法
。
Ｂａｉ
等
［
１１
］
改进了上述方法
，
并
提出了考虑无人机通信距离限制的无人机群韧性
评估模型
。
Ｃｈｅｎ
ｇ
等
［
１２
－
１３
］
结合侦察无人机的使命
特性
，
从对扰动的吸收和恢复两方面的能力
，
定量
分析了面向任务的无人机群的韧性
。
韧性优化是
以韧性评估结果为准则
，
通过优化方法
，
提高研究
对象的韧性
。
崔琼等
［
１６
］
通过节点修复的方式
，
提
高网络信息系统的韧性
。
该方法可适用于造价较
高的单系统
，
并不适用于数量大
、
成本低的无人机
群
。
Ｔｒａｎ
和
Ｍａｖｒｉｓ
［
１７
］
提出了通过链路随机重连
的方式重构受攻击的指控网络
，
从而提高网络的
韧性
，
但该方法在重要节点遭受攻击后
，
性能提升
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