一：课题研究的目的和意义

在现实生活中，经常可以看到动物间的编队行为，比如鸟群、鱼群、昆虫群等为了迁移、猎捕食物、防御敌人等常常要出现有规律的编队行为。在这些编队行为中，个体通过相互合作大幅提高了搜索和猎捕猎物的成功效率同时极大地降低了单独个体遭受捕猎者攻击的可能性。鸟群和鱼群等经常形成一个大的编队，处于编队中个体的相对位置是固定的，则所有的个体组成了一个固定的队形，整个编队被看作一个移动的刚性的整体。由于编队群体行为展现出了比单个个体更为显著的优势，因此众多学者以这种生物界的编队行为基础，对多智能体编队行为及控制算法进行了一系列的研究[2]。

无人机（Unmanned Aerial Vehicle）是操作手利用无线电遥控或由自身装载的飞行控制系统实现自动控制的，可以重复使用的不载人飞机。与有人驾驶飞机相比，无人机具有尺寸小、成本低、使用方便、战场环境要求低、生存能力较强等优点。随着航空工业和控制技术的发展，无人机在人类社会生产活动中的应用越来越广泛，扮演的角色也越来越重要：在农田林场，在水灾、森林火灾等灾害区域，在 ”核、化、生”高危事故发生时，在战场环境中等这些枯燥、恶劣甚至是危险的环境中，无人机为人们提供了一种更好的选择，即以有效、廉价、零伤亡方式完成多种不同类型任务的处理。随着低空开放的进一步推进，无人机在民用领域会得到更多的发展空间。所以在最近几十年里，无人机及其相关技术的发展受到世界各国的青睐，得到越来越广泛的关注和应用[4] [5]。

目前无人机飞行器发展非常快，无人机本身的发展已经达到相对稳定的水平，但是如何有效的使用无人机来为生产生活服务，还是一个迫切需要发展的方向，尤其是多个无人机之间的协作控制。因此无人机编队的概念也应运而生，成为多无人机协同合作发展方向中的一个核心概念。无人机编队是指多架无人机为适应任务需求而进行的某种队形排列和任务分配。这个概念既包括了无人机编队飞行时的队形产生、保持和变化，也涵盖了飞行任务的规划、组织与执行[1]。

近年来，世界各先进国家都在研究无人机编队飞行的技术，特别是美国，在控制会议上有许多相关的文献，对无人机编队飞行的构形设计、编队控制进行了讨论和研究，从线性模型逐渐发展成非线性模型,并且在模型的建立上逐渐完善，从仿真的结果可以看出，各种性能指标都已经达到了比较令人满意的程度[2]。编队飞行还可以提高无人机的整体效率。对多架飞机采用一定的编队飞行，在执行任务时的成功率和抗突发事件的能力都比单架飞机飞行高。

二：国内外研究概况

无人机编队控制问题是编队飞行中的重点问题，到目前为止，国内外已经有了很多关于无人机编队导航与控制方面的研究，提出了许多行之有效的理论方法[22]。如基于行为法、人工势场法、　跟随- 领航法、循环法、MPC方法、分布式控制等[14]。也取得了一定的研究成果。

2004年8月9日，波音公司首次进行了两架无人战斗机的松散编队飞行，这是为 X-45原型机开始模拟协作攻击所设定的阶段，来自NASA德赖登飞行试验中心的这项大约40分钟的任务涉及两架X-45A。这两架无人战斗机起飞大约4分钟后，在指定的地点会合并一起飞行，并通过Link-16数据链路通信，以保持它们的编队飞行。在飞机大约飞行了2分钟后分离，相距高度1000英尺(305米)，航迹侧向距离500英尺(152米)。这两架无人战斗机在分开着陆前还进行了几分钟的编队盘旋飞行。

目前在无人机编队控制中有许多问题急需研究，例如编队的稳定性、编队的不确定性以及不同编队模式的可控性等。在这些问题的研究上，国内外学者提出了多种方法解决编队控制中的问题。下面简单介绍其中几个：

(1)基于行为法[6]的基本思想是：事先给每个智能体规定一些基本的运动方式，通常包括避碰、躲避障碍、跟踪目标、保持队形等基本行为，每个智能体的输出是这些基本行为的控制作用的加权平均值[7]。