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龙图腾网获悉北京大学申请的专利一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116048127B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310248170.0，技术领域涉及：G05D1/46；该发明授权一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法是由李忠奎;贺晓东设计研发完成，并于2023-03-15向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法在说明书摘要公布了：本发明公布了一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法，基于固定翼无人机的三维刚体运动学模型，定义一种移动刚性队形，该队形满足固定翼无人机的非完整约束和输入饱和约束；基于通讯拓扑中固定翼无人机有多个父节点，利用特殊欧式群的几何凸组合构造虚拟父节点即凸组合系统，且设计附加角速度作为控制输入，通过固定翼无人机相对于虚拟父节点的轨迹跟踪控制来实现固定翼无人机集群的编队控制。本发明实现了编队队形的整体运动，且实用性高，更适用于协同观测、巡视侦察、护航伴飞等任务场景。

本发明授权一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法在权利要求书中公布了：1.一种针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制方法，基于固定翼无人机的三维刚体运动学模型，定义一种移动刚性队形，该队形满足固定翼无人机的非完整约束和输入饱和约束；基于通讯拓扑中固定翼无人机有多个父节点，利用特殊欧式群的几何凸组合构造虚拟父节点即凸组合系统，且设计附加角速度作为控制输入，通过固定翼无人机相对于虚拟父节点的轨迹跟踪控制来实现固定翼无人机集群的编队控制；包括如下步骤： 1构建固定翼无人机的模型以及无人机集群的通讯拓扑图；构建的模型为三维刚体运动学模型；构建无人机集群的通讯拓扑图有一个根节点即领导者，且不存在环路；包括： 由固定翼无人机的位形gi和速度建立固定翼无人机集群系统的运动学模型，表示为： 其中，为位形gi的时间导数；位形gi表示固定翼无人机的状态；速度为固定翼无人机的控制输入；上标∧表示Hat映射；i为固定翼无人机集群中的固定翼无人机序号，取值为0,1,2,…,N；所有位形gi构成特殊欧式群SE3，即：其中，Ri和pi分别表示第i架固定翼无人机的姿态矩阵和位置向量；Ri为特殊正交群SO3中的元素；pi为三维空间中的向量； 构建固定翼无人机集群的通讯拓扑图，通讯拓扑图中的每个节点表示每架固定翼无人机，节点和节点之间用有向边连接，表示信息传递的方向；对于由一条有向边连接的两个节点，发出信息的节点为父节点，接收信息的节点为子节点；通讯拓扑图中有一个根节点即固定翼无人机集群的领导者，只发出信息不接收信息；除领导者之外的其他节点均为跟随者；通讯拓扑图中不存在环路，即不存在路径使得从某一节点发出的信息又回到该节点； 2定义无人机集群中每架固定翼无人机相对于领导者的刚性移动队形，该队形由特殊欧式群的群元素定义，并且满足非完整约束和输入饱和约束； 将固定翼无人机集群的领导者的位形记为g0，跟随者的位形记为gi，i＝1,…,N； 如果g0和gi之间满足：其中表示特殊欧式群SE3中的群元素，表示相对姿态矩阵，表示相对位置向量；则为跟随者相对于领导者的移动刚性队形； 移动刚性队形满足相应的非完整约束和输入饱和约束，分别表示为： 保证输入饱和约束的条件： 其中，c1为任意正常数；c2定义为：ω0为领导者的角速度；αL为领导者角速度欧式范数的上界；和βL分别为领导者前向线速度的上界和下界；和βF分别为跟随者前向线速度的上界和下界； 保证非完整约束的条件： 其中，e2＝[010]T，e3＝[001]T；T表示转置矩阵；v0为领导者的线速度； 令gpi表示gi父节点的位形，表示父节点相对于领导者的移动刚性队形，定义则：其中，表示跟随者相对于其父节点的移动刚性队形； 3基于领导者位形以及刚性移动队形，利用特殊欧式群的群运算，对无人机集群中任意固定翼无人机构造辅助系统；其位形gai表示为： 其中，gpi为gi父节点的位形，为跟随者相对于其父节点的移动刚性队形； 辅助系统的速度定义为：其中，为gi父节点的速度，为关于的伴随映射； 4根据通讯拓扑图，对于无人机集群中任意固定翼无人机，如果其有多个父节点，构造父节点辅助系统的凸组合系统； 设对于任意gi，其父节点有Mi个，所有父节点辅助系统的位形表示为所有父节点辅助系统的速度表示为 令gci表示位形的凸组合，令ξci表示速度的凸组合；gci由以下公式迭代，表示为： 其中，是凸组合系数，满足exp和log分别表示指数映射和对数映射；ξci由以下公式迭代，表示为： 通过对凸组合系统的跟踪来实现跟随者对多个父节点辅助系统的跟踪； 5利用无人机集群中任意固定翼无人机与凸组合系统之间的相对位形和相对速度信息，构造附加角速度，由此设计固定翼无人机集群的编队控制器，实现针对移动刚性队形的固定翼无人机集群编队控制；包括： 51定义相对位形gLF为：其中，gci为凸组合系统的位形，gi为跟随者的位形；再定义相对速度为：其中，是凸组合系统的速度，是跟随者的速度，是关于的伴随映射； 52建立相对系统的运动学模型，表示为：其中为相对控制输入； 53将相对控制输入设计为：其中，kp0为控制增益；得到跟随者的控制输入，表示为：得到的控制输入为标称控制输入； 54将非完整约束方向上的线速度设为0，然后构造附加角速度，对线速度缺失进行补偿；具体是： 构造如下附加角速度ΩAD：ΩAD＝logRy∨+logRz∨； 其中，Ry表示属于特殊正交群SO3且绕y轴旋转的正交矩阵；Rz表示属于特殊正交群SO3且绕z轴旋转的正交矩阵；上标∨为Vee映射，是Hat映射的逆映射；log表示对数映射； 55利用标称控制输入和附加角速度，设计如下编队控制器，即固定翼无人机的角速度和线速度表示为： ωi＝Ω+kaΩAD vi＝ΛNH 其中，ωi为跟随者的角速度；vi为跟随者的线速度；Ω为标称角速度；ΩAD为附加角速度，ΛNH为实际线速度控制输入；ka为控制增益，ka0； 通过上述步骤，实现针对移动刚性队形的固定翼无人机集群的编队控制。

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