[發(fā)明專利]基于群體智能的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同覆蓋方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011258663.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112327917B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張欽宇;方原;張曉輝;白淦清;劉鑄;陶磊;龐漩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 深圳市添源創(chuàng)鑫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44855
• 代理人: 覃迎峰

1.一種基于群體智能的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同覆蓋方法，其特征在于，包括如下步驟：

將無(wú)人機(jī)集群建模為菲克定律中的質(zhì)點(diǎn)群，通過(guò)菲克定律將無(wú)人機(jī)集群中每個(gè)無(wú)人機(jī)的加速度建模為菲克模型；

無(wú)人機(jī)集群中每個(gè)無(wú)人機(jī)具有感知距離，利用無(wú)人機(jī)感知距離設(shè)計(jì)一種規(guī)避障礙的加速度彈球模型；

將無(wú)人機(jī)集群的覆蓋效率開(kāi)始放緩的時(shí)間作為時(shí)間拐點(diǎn)，利用時(shí)間拐點(diǎn)設(shè)計(jì)分段覆蓋的方法，具體為：在時(shí)間拐點(diǎn)后利用無(wú)人機(jī)集群釋放的信息素設(shè)計(jì)一種信息素釋放模型和一種信息素反應(yīng)模型；

其中，無(wú)人機(jī)集群中當(dāng)前無(wú)人機(jī)的總加速度函數(shù)為：其中，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在菲克模型下的加速度，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在彈球模型下的加速度，表示信息素濃度產(chǎn)生的加速度；

所述菲克模型下對(duì)加速度的描述為：其中，在直角坐標(biāo)系中，a_x表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在x方向加速度的大小，a_y表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在y方向加速度的大小，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在x方向的單位矢量，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在y方向的單位矢量，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在菲克模型下的加速度，N_u，N_d，N_l，N_r表示為：當(dāng)前無(wú)人機(jī)可以感知以感知距離為半徑圓形區(qū)域內(nèi)的其他無(wú)人機(jī)，被感知的無(wú)人機(jī)為當(dāng)前無(wú)人機(jī)的鄰居無(wú)人機(jī)，在當(dāng)前無(wú)人機(jī)以感知距離為半徑的圓形區(qū)域范圍內(nèi)，以當(dāng)前無(wú)人機(jī)位置為中心點(diǎn)，延伸水平、豎直的兩條互相垂直虛線，N_l為垂直虛線左側(cè)鄰居無(wú)人機(jī)的數(shù)量，N_r為垂直虛線右側(cè)鄰居無(wú)人機(jī)的數(shù)量，N_u為水平虛線上側(cè)鄰居無(wú)人機(jī)的數(shù)量，N_d為水平虛線下側(cè)鄰居無(wú)人機(jī)的數(shù)量；

所述彈球模型下對(duì)加速度的描述為：其中，表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)在彈球模型下的加速度，d表示鄰居無(wú)人機(jī)與當(dāng)前無(wú)人機(jī)之間的距離，d_i表示第i個(gè)鄰居無(wú)人機(jī)與當(dāng)前無(wú)人機(jī)之間的距離，表示第i個(gè)鄰居無(wú)人機(jī)對(duì)當(dāng)前無(wú)人機(jī)作用產(chǎn)生的加速度，a_i(d)表示第i個(gè)鄰居無(wú)人機(jī)對(duì)當(dāng)前無(wú)人機(jī)作用產(chǎn)生的加速度大小，d_s表示彈球模型參考系數(shù)；

所述信息素釋放模型具體為：

d_(x,y)(t)＝(1-β)·d_(x,y)(t-1)+d_other(x,y)(t)，其中，d_A(r)表

示距離信息素釋放地點(diǎn)r的A點(diǎn)處信息素濃度，d_ini表示信息素的初始釋放濃度，r_t表示信息素釋放的最大半徑，r_d表示信息素釋放的最小半徑，d_(x,y)(t)表示坐標(biāo)為(x,y)的點(diǎn)在t時(shí)刻的信息素濃度，β表示信息素的蒸發(fā)速率，d_other(x,y)(t)表示在t時(shí)刻除當(dāng)前無(wú)人機(jī)以外的其他無(wú)人機(jī)噴灑信息素濃度疊加在坐標(biāo)為(x,y)點(diǎn)的濃度之和；

所述信息素反應(yīng)模型具體為：當(dāng)前無(wú)人機(jī)探測(cè)具有最大探測(cè)半徑和最小探測(cè)半徑，在以當(dāng)前無(wú)人機(jī)為圓心，最大探測(cè)半徑和最小探測(cè)半徑組成的同心圓內(nèi)，將圓環(huán)區(qū)域均分為六塊子區(qū)域，先選擇平均信息素濃度最小的子區(qū)域，然后選擇該子區(qū)域中信息素濃度最低的區(qū)域，當(dāng)前無(wú)人機(jī)根據(jù)信息素濃度最低的區(qū)域來(lái)確定信息素濃度產(chǎn)生的加速度方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同覆蓋方法，其特征在于，所述彈球模型參考系數(shù)d_s為無(wú)人機(jī)感知距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)人機(jī)集群協(xié)同覆蓋方法，其特征在于，所述時(shí)間拐點(diǎn)t_phe的約束為：其中，S表示待覆蓋區(qū)域的面積，α表示覆蓋系數(shù)，N表示無(wú)人機(jī)集群中無(wú)人機(jī)的數(shù)量，r_s表示當(dāng)前無(wú)人機(jī)感知距離。