本书在深入分析未来空间及城市作战需求的基础上，重点对包括多卫星系统及多无人机系统在内的多无人飞行器的智能自主决策问题进行研究。全书以当前国内外在该领域的最新研究成果为背景，提炼其中的关键科学问题，包括星群协同观测的智能任务决策、路径规划和自主协同控制，以及大规模无人机的静态/动态目标观测任务决策、类脑智能攻防对抗及无人机编队避碰控制等。在此基础上，本书将人工智能、类脑智能、协同决策与控制方法相结合，建立了面向多无人飞行器系统的智能自主决策理论框架。

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天津大学电气与自动化工程学院控制理论与控制工程学科带头人。天津大学航空航天研究院副院长，教育部国家重大专项领域专家组副组长。国家863项目评审专家；国家自然科学基金评审专家；天津市科技项目评审专家。自动化学报、控制论理论与应用、控制与决策等杂志审稿人。

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 多无人飞行器基本概念 2
1.1.1 多无人机的基本概念 2
1.1.2 多卫星系统的基本概念 3
1.2 多无人飞行器研究进展 4
1.2.1 典型多无人飞行器发展现状 4
1.2.2 任务分配现状 13
1.2.3 路径规划现状 17
1.2.4 智能决策现状 20
1.2.5 协同控制现状 22
1.2.6 虚拟仿真平台现状 24
1.3 本书撰写特点和内容安排 28
1.4 小结 29
参考文献 29
第2章 星群任务决策 37
2.1 星群任务决策问题描述 37
2.1.1 静态目标观测任务决策问题描述 38
2.1.2 动态目标观测任务决策问题描述 40
2.2 基于混合专家经验回放的静态目标观测任务决策 43
2.2.1 基于深度Q网络的静态目标观测任务决策模型建立 43
2.2.2 星群静态目标观测任务智能决策 45
2.2.3 仿真验证 47
2.3 基于深度强化学习与指针网络的动态目标观测任务决策 51
2.3.1 面向接力观测的动态目标观测任务决策模型建立 52
2.3.2 星群动态目标观测任务智能决策 53
2.3.3 仿真验证 55
2.4 小结 59
参考文献 59
第3章 星群路径规划 60
3.1 星群路径规划问题描述 60
3.1.1 卫星路径规划动力学模型 60
3.1.2 星群路径规划问题约束条件 61
3.1.3 优化目标 62
3.1.4 优化模型 62
3.2 基于序列凸规划的星群路径规划 63
3.2.1 序列凸规划模型预处理 63
3.2.2 基于序列凸规划算法的星群路径规划求解 65
3.2.3 仿真验证 66
3.3 基于混合专家经验回放与MASAC 的星群路径规划 68
3.3.1 面向卫星编队路径规划的随机博弈模型建立 69
3.3.2 智能路径规划求解 70
3.3.3 在线任务决策 74
3.3.4 仿真验证 74
3.4 小结 77
参考文献 77
第4章 星群智能自主协同控制 79
4.1 星群智能自主协同控制基础知识 79
4.1.1 问题描述 79
4.1.2 代数图论 80
4.1.3 多卫星编队控制模型建立 80
4.2 基于安全自适应动态规划的星群智能自主协同控制 82
4.2.1 星群智能自主协同控制框架设计 83
4.2.2 星群智能自主协同控制网络和控制器的设计 84
4.3 仿真设置与验证 96
4.3.1 仿真环境设置 96
4.3.2 仿真参数设置 96
4.3.3 仿真验证 98
4.4 小结 101
参考文献 102
第5章 多无人机任务分配与轨迹规划 103
5.1 基于联盟博弈的多无人机静态任务分配 103
5.1.1 任务场景 104
5.1.2 问题描述 104
5.1.3 基于联盟博弈的多无人机静态任务分配算法 107
5.1.4 仿真验证 113
5.2 基于请求-应答策略的多无人机动态任务分配 117
5.2.1 任务场景 118
5.2.2 问题描述 118
5.2.3 基于请求-应答策略的多无人机动态任务分配算法 121
5.2.4 仿真验证 131
5.3 基于深度强化学习的多无人机路径规划 134
5.3.1 问题描述 134
5.3.2 基于MASAC-D算法的多无人机路径规划算法 136
5.3.3 仿真验证 144
5.4 小结 149
参考文献 150
第6章 典型任务场景下多无人机类脑智能自主决策 151
6.1 基于星型拓扑网络的多无人机群体轨迹预测 151
6.1.1 问题描述 152
6.1.2 基于星型拓扑网络的预测模型建立 153
6.1.3 多无人机轨迹预测过程 157
6.1.4 仿真验证 162
6.2 面向围捕任务的多无人机类脑智能自主决策 165
6.2.1 问题描述 165
6.2.2 面向围捕任务的博弈模型建立 168
6.2.3 面向围捕任务的多无人机类脑智能自主决策算法 170
6.2.4 仿真验证 179
6.3 面向对抗任务的多无人机类脑智能自主决策 183
6.3.1 问题描述 184
6.3.2 面向对抗任务的博弈模型建立 186
6.3.3 面向对抗任务的多无人机类脑智能自主决策算法 191
6.3.4 仿真验证 198
6.4 小结 201
参考文献 202
第7章 多无人机协同控制 203
7.1 多无人机协同控制模型 203
7.1.1 坐标系建立及坐标转换关系 203
7.1.2 无人机六自由度模型建立 205
7.1.3 无人机编队跟踪误差系统建立 208
7.2 多无人机智能自主协同控制 209
7.2.1 有限时间滑模干扰观测器设计 210
7.2.2 基于人工势能法的避碰项设计 211
7.2.3 无人机编队位置外环智能最优控制器设计 212
7.2.4 多无人机姿态内环控制器设计 217
7.3 仿真设置与验证 219
7.3.1 仿真参数设置 219
7.3.2 仿真验证 221
7.4 小结 225
参考文献 225
第8章 多无人飞行器虚拟仿真交互平台设计 227
8.1 虚拟仿真交互平台总体方案 227
8.1.1 虚拟仿真交互平台需求分析 227
8.1.2 虚拟仿真交互平台总体方案设计 229
8.2 主控软件设计 231
8.2.1 主控软件总体架构设计 231
8.2.2 主控软件设计模式与开发框架 232
8.2.3 主控软件用户界面设计 234
8.2.4 主控软件实时仿真模块设计 236
8.2.5 主控软件通信模块设计 238
8.3 实时仿真单元设计 240
8.3.1 任务决策算法实现 240
8.3.2 实时仿真状态信息的获取 241
8.3.3 实时仿真架构设计 243
8.3.4 实时训练环境搭建 246
8.4 视景软件设计 247
8.4.1 视景软件总体架构设计 247
8.4.2 无人飞行器模型库和空间环境库 248
8.4.3 无人机模型库和城市场景搭建 250
8.5 数据库管理模块设计 255
8.5.1 数据表结构设计 256
8.5.2 数据库存取逻辑设计 258
8.5.3 数据查询优化方案 259
8.5.4 数据库回放功能 260
8.6 小结 262
第9章 多无人飞行器虚拟仿真演示验证 263
9.1 星群智能自主运行演示验证 263
9.1.1 静态目标观测场景演示验证 263
9.1.2 动态目标观测场景演示验证 267
9.1.3 星群智能自主协同控制场景演示验证 270
9.2 多任务场景下多无人机智能决策演示验证 274
9.2.1 围捕场景演示验证 274
9.2.2 对抗场景演示验证 277
9.2.3 路径规划与编队飞行场景演示验证 280
9.3 小结 285