[發明專利]不確定環境下的多無人機同時到達多個目標方法

有效

• 申請號: 201410617579.6
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN104407619A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 陳俠;徐光延;張耀營
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/12;G06F19/00
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙) 21228
• 代理人: 王欣

1.不確定環境下的多無人機同時到達多個目標方法，其特征在于：將不確定信息用區間信息來表示，通過拍賣算法以多無人機到達多目標的路徑長度總和作為目標函數給出了多無人機對多目標的任務分配方法；首先利用區間一致性算法，實現多無人機到達多目標的趨于一致的時間范圍；再分別針對無突發威脅情況下和有突發威脅情況下的多無人機到達多目標的協同控制問題進行試驗；當有突發威脅情況下的多無人機協同控制要考慮運用兩次拍賣算法，并改變無人機的攻擊目標，保證目標函數最優；實現多無人機同時到達多個目標。

2.根據權利要求所述的不確定環境下的多無人機同時到達多個目標方法，其特征在于：其具體過程如下：

步驟1：無人機的質點運動模型建立；

將無人機看作為二維平面內運動的質點，其簡化運動模型為：

其中，x_i,y_i為第i架無人機在平面中的位置坐標，和ω_i分別為第i架無人機的飛行速度、航向角和航向角速度；而無人機都有飛行速度、加速度和航向角限制：

0<vmin≤vi≤vmaxamin≤ai≤amax|φi|≤φmax---(2)]]>

無飛行速度在不確定環境下區間形式的一階動態近似模型為：

[v·i-,v·i+]=αv,i([vic-,vic+]-[vi-,vi+])=αv,i([vic--vi-,vic+-vi+])---(3)]]>

其中，為第i架無人機的區間速度指令，α_v,i為正常數；

步驟2：基于拍賣算法的任務分配模型求解；

假定有n架無人機和m個目標，目標分配矩陣定義為X＝[x_ij]_n×m，目標分配變量定義為：

無人機到達目標的距離表示為區間信息，即：l(x_ij)＝[l^-(x_ij),l⁺(x_ij)]，(i＝1,2,...,n)；其中l^-(x_ij)和l⁺(x_ij)分別表示無人機i到達目標j距離的上下界；

定義目標函數為：

[L-,L+]=Σi=1nΣj=1m[l-(xij),l+(xij)],(i=1,2,...,n;j=1,2,...,m)---(5)]]>

其中：為第i架無人機在t時刻到達目標的剩余路徑長度區間值，是t的函數；表示到達目標的最小距離長度，表示到達目標的最大距離長度；

則最優目標分配結果定義為：

[X^*-,X^*+]＝argmin[L^-,L⁺]???????(6)

按拍賣算法來確定目標的分配結果；

步驟3：編隊控制，編隊間的通信是由兩個編隊的領機來完成的；

當固定通信拓撲時，若編隊1和編隊2內部的通信拓撲結構均存在有向生成樹，且編隊1和編隊2之間的通信由兩個編隊的領導節點完成，則編隊1和編隊2內部以及編隊之間可實現全局漸近收斂或一致性可達；否則無法實現全局漸近收斂或一致性可達；

當存在拓撲結構變換時，若網絡拓撲集中的每個拓撲圖都為平衡有向圖且為強連通圖，則對任意初始狀態，可實現全局漸近收斂或一致性可達；否則無法實現全局漸近收斂或一致性可達；

步驟4：不確定環境下的多無人機同時到達多目標的控制策略；

在一個由n個智能體組成的系統中，其通信關系用G＝(V,E)來描述，其中每個節點代表一個智能體，假設節點的狀態滿足區間一階動態方程為:

[ξ·i-,ξ·i+]=[ui-,ui+],(i=1,2,...,n)---(7)]]>

若所有智能體最終的狀態趨于相等，即成立，則稱該系統在區間狀態下趨于一致；得到區間一致性算法為：

[ui-,ui+]=-Σj∈Niaij([ξi--ξj-,ξi+-ξj+])---(8)]]>

從而得出區間信息條件下的多無人機同時到達的控制策略

[vic-,vic+]=[vi-,vi+]-[ui-·vi-α·τi-,ui+·vi+α·τi+][ui-,ui+]=-Σj∈Niaij([ζi--ζj-,ζi+-ζj+])---(9)]]>

其中：為第i架無人機在t時刻的期望到達時間；

步驟5：控制策略的實現。

3.根據權利要求2所述的不確定環境下的多無人機同時到達多個目標方法，其特征在于：所述的拍賣算法的具體拍賣過程步驟如下：

步驟1：初始化參數，給出多個目標和每架無人機所在位置坐標，根據路徑規劃模塊規劃的路徑，計算不同無人機到達不同目標點的距離，設定循環次數；

步驟2：隨機生成N個無人機的競拍序列；

步驟3：開始競拍，當前競拍的無人機根據目標函數判斷最優的目標分配的無人機數是否已滿，若是，則從其余的目標中選擇，否則選此目標作為要攻擊的目標；

步驟4：更新各目標所分配的無人機個數，若所有的UAV都完成競拍則執行下一步驟，否則，轉向步驟3；

步驟5：拍賣結束，計算當前生成的分配方案目標函數，并與上次形成的方案進行比較，若優于上次，則存儲當前的方案，否則保留上次的方案；

步驟6：若循環結束則執行下一步驟，否則，轉向步驟2；

步驟7：給出最終的分配方案和目標函數。