无人机集群作战与通信仿真平台的设计与实现

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无人机(UAV)具有功能多样,配置灵活等特点,在军事和民用领域都有着巨大的潜力和需求。但是单架无人机的性能有限,在执行高难度和复杂任务时容易出现能源不足和受外界干扰,因此有必要推进无人机群飞行特性和控制算法的研究。目前无人机的集群作战的算法大部分是从单智能体算法领域直接套用过来的,并不能直接投入实际运用,虽然国内外很多机构目前都在做无人机的研究,但是研究方向都比较单一,要么是只集中在无人机指挥算法,要么是只研究无人机的组网通信,要真正发挥出无人机集群作战的威力,需要同时研究两方面对作战性能的影响,目前缺少一个无人机群的仿真平台来将无人机的集群作战算法和无人机的集群通信有机结合起来。上述问题的出现,给无人机集群作战的研究和实际应用带来了严峻的挑战。为了解决这些问题,本实验创新性地设计了一个无人机群仿真平台,主要包含以下工作:1.为了解决无人机集群作战算法大部分是直接套用单智能体算法领域的问题,本文在MaCa环境下基于目前效果最好的多智能体算法MADDPG进行无人机集群作战算法的训练和封装,完成后在此基础上针对胜率稳定性对MADDPG算法进行改进,与MaCa环境中默认的多智能体算法进行对抗仿真,实现在训练过程中胜率的提升更加稳定,训练完成后的胜率上限更高。2.为了将无人机集群作战算法和无人机组网通信结合起来进行研究,针对MaCa环境中对于无人机群通信频点实现的定频干扰打击和跳频通信规避定频打击的功能,在OMNET++平台的INET框架下基于6TISCH协议设计跳频模块、邻居模块、时隙帧模块、媒体接入层模块、6top模块和调度算法模块,在OMNET++平台上实现了无人机群的跳频通信功能。3.为了实现无人机集群作战算法和无人机通信组网的耦合仿真,利用MySQL数据库作为连接桥梁,MaCa环境每执行一步,将无人机的位置信息和存活信息写入数据库,同时在OMNET++平台中搭建与MaCa环境相对应的场景,也与数据库进行连接,同步读取数据库中无人机的信息,在OMNET++平台中设计并实现无人机群节点的移动性,实现MaCa环境和OMNET++平台的耦合仿真,并对仿真结果进行分析,分析不同的程度的无人机集群指挥算法对无人机集群通信的影响。研究结果表明,作战胜率越高的集群作战算法,无人机群组网的通信效率越好。
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