基於群體智能的無人機集群自主控制（簡體書）

段海濱、邱華鑫著的《基於群體智能的無人機集群自主控制(精)》系統深入地論述了基於群體智能的無人機集群自主控制的原理、模型、理論、仿真及驗證。全書共11章，首先概述了群體智能和無人機集群自主控制的新進展，在分析自然界中的生物群體特性基礎上，建立了鴿群、雁群、狼群等典型生物群體智能模型，研究了從群體智能到無人機集群控制的映射機理，設計了基於群體智能的無人機集群自主控制框架。針對自主編隊、任務分配、目標跟蹤、資源分配等關鍵技術難題，提出了基於群體智能的無人機集群自主控制方法，並通過無人機集群飛行平臺驗證了相關技術。本書突出前沿學科交叉，強調工程應用背景，力求使廣大讀者能快速掌握和應用無人機仿生集群自主控制的理論、方法和技術。
本書可作為控制科學與工程、智能科學與技術、計算機科學與技術、系統科學、航空宇航科學與技術等相關學科領域科研工作者、工程技術人員、高等院校師生的參考書，也可作為相關專業研究生和高年級本科生的教科書。

段海濱，1976年生於山東廣饒，北京航空航天大學教授、博士生導師。國家傑出青年科學基金獲得者，入選國家“萬人計劃”一科技創新領軍人才、首批青年拔尖人才等計劃，主持國家自然科學基金重點項目、國家863計劃、軍委科技委國防科技創新特區項目、裝備預先研究項目等課題。主要研究興趣為：無人機集群自主飛行控制、仿生視覺智能感知與認知、仿生智能計算理論及應用。

序
前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 無人機集群系統
1.2.1 無人機自主性
1.2.2 無人機集群特點
1.2.3 典型無人機集群系統
1.3 生物群體行為機制及模型
1.3.1 典型生物群體行為機制
1.3.2 群體智能行為特點
1.3.3 典型群體運動模型
1.4 仿生物群集行為的自主集群
1.4.1 生物群集與無人機集群的映射機制
1.4.2 基於生物群集行為的集群自主控制
1.5 本書體系結構
1.6 本章小結
參考文獻
第2章 生物群體運動模型
2.1 引言
2.2 Vicsek模型
2.2.1 模型描述
2.2.2 性能參數
2.2.3 個體分佈圖
2.3 基於隨機視線方向的Vicsek模型
2.3.1 模型描述
2.3.2 隨機視線方向對鄰域範圍的影響
2.3.3 同步性能分析
2.3.4 仿真實驗分析
2.4 基於改進拓撲規則的Vicsek模型
2.4.1 拓撲距離規則
2.4.2 對拓撲距離規則的改進
2.4.3 仿真實驗分析
2.5 基於分數階微積分的Vicsek模型
2.5.1 分數階微積分
2.5.2 分數階Vicsek模型
2.5.3 仿真實驗分析
2.6 本章小結
參考文獻
第3章 典型生物群體智能建模
3.1 引言
3.2 鴿群層級引領機制建模
3.2.1 基於改進拓撲交互規則的層級引領網絡模型
3.2.2 鴿群交互行為規則建模
3.2.3 穩定性時延條件
3.2.4 仿真實驗分析
3.3 雁群線性編隊機制建模
3.3.1 大雁空氣動力學模型
3.3.2 雁群群體行為規則
3.3.3 拓撲穩定性分析
3.3.4 仿真實驗分析
3.4 狼群協同圍捕機制建模
3.5 本章小結
參考文獻
第4章 從生物群體智能行為到無人機集群控制
4.1 引言
4.2 編隊控制
4.2.1 模型及約束條件
4.2.2 姿態及位置控制
4.2.3 引領-跟隨編隊控制
4.2.4 基於鴿群優化的控制參數整定
4.3 無人機緊密編隊控制
4.3.1 編隊模型
4.3.2 長機尾流模型
4.3.3 長機尾流引起僚機氣動力的變化
4.3.4 長機尾流干擾下的緊密編隊模型
4.3.5 基於改進鴿群優化的緊密編隊控制
4.4 仿鴿/雁群的無人機實時避障
4.4.1 仿鴿子飛行的無人機實時避障
4.4.2 仿雁群飛行的無人機實時避障
4.5 本章小結
參考文獻
第5章 基於鴿群行為機制的無人機集群編隊
5.1 引言
5.2 基於鴿群行為機制的緊密編隊及重構
5.2.1 基於鴿群智能的緊密編隊控制方法
5.2.2 捕食逃逸鴿群優化測試
5.2.3 仿真實驗分析
5.3 基於鴿群行為機制的集群編隊及避障
5.3.1 基於鴿群層級引領的集群編隊控制方法
5.3.2 鴿子飛行避障導引及改進人工物理避障測試
5.3.3 仿真實驗分析
5.4 本章小結
參考文獻
第6章 基於雁群行為機制的無人機集群編隊
6.1 引言
6.2 基於雁群行為機制的編隊保持
6.2.1 基於雁群行為機制的編隊構型設計
6.2.2 仿真實驗分析
6.3 基於雁群行為機制的編隊重構
6.3.1 基於頭雁變換的隊形變換
6.3.2 基於局部通信的隊形變換
6.3.3 仿真實驗分析
6.4 本章小結
參考文獻
第7章 基於狼群行為機制的無人機集群任務分配
7.1 引言
7.2 基於狼群勞動分工的集群靜態目標分配
7.2.1 無人機集群靜態目標分配建模
7.2.2 仿狼群勞動分工的目標分配
7.2.3 仿真實驗分析
7.3 基於狼群游獵的集群動態任務分配
7.3.1 無人機集群動態任務分配建模
7.3.2 基於狼群遊獵的動態任務分配
7.3.3 仿真實驗分析
7.4 本章小結
參考文獻
第8章 基於生物群集自組織的無人機集群目標跟蹤
8.1 引言
8.2 生物自組織運動群集模型
8.2.1 虛擬力框架下的群集模型
8.2.2 基於注意力機制的群集運動模型
8.3 集群協同目標跟蹤控制
8.3.1 集群協同目標對峙跟蹤
8.3.2 基於滾動預測的障礙物規避
8.3.3 仿真實驗分析
8.4 本章小結
參考文獻
第9章 基於群體智能的無人機集群動態資源分配
9.1 引言
9.2 基於群體智能的合作進化動力學
9.2.1 網絡進化博弈軟控制
9.2.2 模型描述
9.2.3 動力學特性分析
9.3 基於群體動力學的無人機連續資源分布式優化
9.3.1 問題描述
9.3.2 基於進化博弈群體動力學的協調算法
9.3.3 仿真實驗分析
9.4 本章小結
參考文獻
第10章 基於群體智能的無人機集群自主協調集成飛行驗證
10.1 引言
10.2 基於群體智能的無人機集群飛行綜合驗證平臺
10.2.1 硬件平臺搭建
10.2.2 軟件系統設計
10.3 集群自主協調飛行驗證
10.3.1 基於鴿群行為的編隊
10.3.2 基於雁群行為的編隊
10.3.3 基於狼群行為的目標分配
10.3.4 基於群體智能的協同跟蹤
10.4 本章小結
參考文獻
第11章 研究前沿與展望
11.1 引言
11.2 發展趨勢
11.3 關鍵技術
11.4 應用領域
11.5 發展戰略
11.6 本章小結
參考文獻