[發明專利]一種基于勢博弈的多無人機協同搜索方法

有效

• 申請號: 201610143227.0
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105700555B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 段海濱;李沛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;G05B13/04
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

【技術領域】

本發明是一種基于勢博弈的多無人機協同搜索方法，屬于無人機自主控制技術領域。

【背景技術】

在無人機所承擔的各種任務中，偵察和搜索(Reconnaissance and Search)是目前無人機系統的首要任務，執行這類任務的無人機通常稱為無人偵察機，典型的包括美軍的“全球鷹(Global Hawk)”、“捕食者(Predator)”、“掃描鷹(Scan Eagle)”等無人機，其主要功能為情報偵察、目標搜索、目標指示與定位、動態目標跟蹤以及戰場監視等等。與偵察衛星相比，無人機的成本低，活動區域不受衛星軌道的限制，控制更加靈活，在針對動態時間敏感目標時，可以在更短時間內獲得更高分辨率的實時目標圖像；與有人偵察機相比，無人機能夠晝夜持續偵察，不必考慮飛行員的疲勞和傷亡，特別在對敵方嚴密設防的重要地域執行任務時，使用無人機更能體現出其優越性。因此，采用無人機對作戰區域進行目標搜索和情報偵察已經成為當前戰場信息獲取的重要手段。

在無人機執行任務過程中，搜索并且發現任務區域內的目標是后續進行情報搜集、目標定位乃至打擊等一系列作戰活動的基礎和前提。然而，在復雜的戰場條件下，由于作戰任務區域的環境復雜性、目標的不確定性、傳感器設備的不確定性和任務的時間緊迫性等因素，使得目標搜索問題十分復雜，具體表現為：任務區域范圍大、環境復雜；目標的類型和運動特性復雜；目標偵察搜索設備的性能有限；目標搜索需要滿足任務時間要求等。

對于目標搜索任務來說，單架無人機所掛載的傳感器性能有限，通常只能獲取有限范圍內的目標信息，無法滿足對大量目標的搜索和偵察需求；另一方面，由于無人機通常是在高危環境下執行任務，使得其故障率和毀傷率大大增加，此時，多無人機協同執行任務將具備如下的優勢：可以通過相互之間的配合提高任務完成的質量；可以通過資源和信息的共享擴展執行任務的能力；可以通過任務的并行執行縮短任務完成的時間、提高任務執行的效率；當出現平臺損毀時，可以通過任務重分配增加任務成功的概率。由此可見，組織多架無人機協同執行任務是未來網絡化戰場上的一種重要作戰方式，而如何有效控制多架無人機在復雜環境中協同執行搜索任務也逐漸成為近年來協同控制領域的重要內容。

多無人機協同搜索要求在滿足特定任務要求和約束條件下，對多架無人機實施有效的控制，從而以最小的代價高質量的完成對目標的搜索，發現盡可能多的未知目標。顯然，協同搜索能夠帶來更好的作戰效能、實現更優的資源利用。目前，多無人機協同控制的結構主要可分為集中式結構和分布式結構。在集中式結構下，多架無人機通常在地面任務控制站(或空中任務控制單元)的統一指揮和控制下執行任務，作為中心的任務控制單元能夠進行慎思的規劃，具有良好的全局控制與決策能力,但是在未來多無人機網絡化作戰條件下,集中式控制方式將面臨通信等諸多方面的問題。

隨著技術的不斷發展，無人機系統的性能不斷提升，無人機的自主能力也不斷增強，分布式方式逐漸成為多無人機協同控制的研究熱點。在分布式控制方式下，每架無人機具有相對獨立的控制器，多無人機之間通常采取協作的方式來解決全局控制問題，系統具有較好的魯棒性和容錯性，并且大量的計算和決策能夠在無人機本地進行，從而實現信息的分散化、控制的分散化，使得控制的可靠性和靈活性大大改善。在上述分布式方式下，無人機平臺之間的控制、決策以及信息都是高度分散的，多無人機之間的協同行為依賴于平臺之間的信息交互。此時，多無人機協同控制將面臨如下挑戰：通信的復雜性、計算的實時性、環境的不確定性、信息的不一致性等問題。

【發明內容】

1、發明目的：

本發明提出了一種基于勢博弈的多無人機協同搜索方法，其目的是提供一種協同控制方法，使得無人機在執行搜索任務時能夠分布式地工作，獨立地針對自身所處的環境做決策，從而達到整體效能的最優，同時能夠應對通信的復雜性、計算的實時性、信息的不一致性等問題。

2、技術方案：

本發明針對多無人機協同搜索的任務需求，開發了一種魯棒性強、實時性好的基于勢博弈的多無人機協同搜索方法，該方法的步驟如下：

步驟一：多無人機協同搜索問題建模