[發明專利]基于群體智能的無人機集群協同覆蓋方法

有效

• 申請號: 202011258663.5
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112327917B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 張欽宇;方原;張曉輝;白淦清;劉鑄;陶磊;龐漩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 深圳市添源創鑫知識產權代理有限公司 44855
• 代理人: 覃迎峰

本發明公開了一種基于群體智能的無人機集群分布式協同覆蓋方法，本發明基于群體智能的思想實現，將無人機的覆蓋問題建模為擴散問題，并利用分段覆蓋方法和信息素模型提高無人機的覆蓋效率，具體為基于菲克定律，將無人機集群建模為擴散模型中的質點群，計算得到菲克模型加速度，同時，為無人機避障設計了一種無人機加速度彈球模型，計算得到彈球模型加速度，另外，利用分段的策略和信息素模型提高無人機在時間拐點時候的覆蓋速度，進一步優化了無人機集群的覆蓋效率。本發明所述方法能有效提高無人機集群的覆蓋效率。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，尤其涉及一種基于群體智能的無人機集群協同覆蓋方法。

背景技術

在一群地面智能體組成的自組織系統中，通過系統的自組織自協調，系統中的每個成員智能體以及整個系統有以下的特性：(1)行為上具有一定的自主性；(2)智能體之間只進行局部的信息感知和間接的信息交互；(3)整個系統是分布式系統，沒有全局性的先驗信息；(4)導致整個系統出現一種集體性的行為，以上特性可以直觀上描述群體智能的概念。

在無人機集群系統中，可以通過對集群的控制從而達到對目標區域的全覆蓋以完成預定任務。無人機集群對目標區域的全覆蓋是多無人機系統的典型應用場景之一，主要分為集中式覆蓋方法和分布式覆蓋方法。集中式的覆蓋算法是由地面的控制基站對無人機集群的路徑進行統一規劃從而達到目的，其性能取決于集中式算法的復雜度和地面控制系統的計算能力，并且其可擴展性差，系統通信帶寬和軟件復雜度等會隨著集群中無人機數量的增長呈指數型增長。

發明內容

本發明針對上述問題，提出了一種基于群體智能的無人機集群協同覆蓋方法，本發明基于群體智能的思想實現，將無人機的覆蓋問題建模為擴散問題，并利用分段覆蓋方法和信息素模型提高無人機的覆蓋效率

本發明提出的一種基于群體智能的無人機集群協同覆蓋方法包括如下步驟：

將無人機集群建模為菲克定律中的質點群，通過菲克定律將無人機集群中每個無人機的加速度建模為菲克模型；

無人機集群中每個無人機具有感知距離，利用無人機感知距離設計一種規避障礙的加速度彈球模型；

將無人機集群的覆蓋效率開始放緩的時間作為時間拐點，利用時間拐點設計分段覆蓋的方法，具體為：在時間拐點后利用無人機集群釋放的信息素設計一種信息素釋放模型和一種信息素反應模型。

本發明的進一步技術方案是：無人機集群中當前無人機的總加速度函數為：其中，表示當前無人機在菲克模型下的加速度，表示當前無人機在彈球模型下的加速度，表示信息素濃度產生的加速度。

本發明的進一步技術方案是：所述菲克模型下對加速度的描述為：其中，在直角坐標系中，a_x表示當前無人機在x方向加速度的大小，a_y表示當前無人機在y方向加速度的大小，表示當前無人機在x方向的單位矢量，表示當前無人機在y方向的單位矢量，表示當前無人機在菲克模型下的加速度，N_u，N_d，N_l，N_r表示為：當前無人機可以感知以感知距離為半徑圓形區域內的其他無人機，被感知的無人機為當前無人機的鄰居無人機，在當前無人機以感知距離為半徑的圓形區域范圍內，以當前無人機位置為中心點，延伸水平、豎直的兩條互相垂直虛線，N_l為垂直虛線左側鄰居無人機的數量，N_r為垂直虛線右側鄰居無人機的數量，N_u為水平虛線上側鄰居無人機的數量，N_d為水平虛線下側鄰居無人機的數量。