[發明專利]多無人機協同目標搜索方法

有效

• 申請號: 202011296874.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112363539B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 姚鵬;魏欣;魏云霞;武克橋;邱立艷;劉玉會
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G05D1/12
• 分類號: G05D1/12;H04W4/46;G06T7/246;G06T7/292;G06T5/50
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 張媛媛

1.一種多無人機協同目標搜索方法，用于多架無人機搜索目標任務的優化處理，其特征在于，包括：

將單架無人機搜索目標的先驗概率分布作為搜索區域的先驗搜索圖，并對先驗搜索圖進行迭代更新，獲得單架無人機更新搜索圖；

計算無人機之間的通信概率，基于通信概率確定任意兩架無人機之間的可通信性，確定無人機通信網絡；

基于無人機間的通信概率，對各架無人機之間的搜索圖進行融合，獲得融合搜索圖；

結合目標運動，對融合搜索圖進行更新，獲得融合更新搜索圖；

單架無人機基于融合更新搜索圖，優化無人機位置，引導無人機飛行；

獲得單架無人機更新搜索圖的方法包括：

將待搜索的任務區域進行離散化處理，劃分為M個柵格；

獲得在第m個柵格內，每架無人機搜索到目標的概率其中，m＝1,...,M，將所有執行搜索任務的無人機的目標概率的組合作為待搜索區域的先驗搜索圖信息；其中，表示初始時刻的m柵格，z₀表示初始時刻的探測事件；

計算無人機i的傳感器在k時刻對任意柵格m的探測概率：

其中，i∈(1,N)，N為執行搜索任務的無人機總數，m∈(1,M),d表示無人機與待搜索目標水平方向上的距離，-β_d表示調節因子，z_k表示k時刻的探測事件，表示k時刻，第i個無人機所在的柵格，d_s表示無人機對探測區域的探測半徑；

其中，

h表示無人機的飛行高度，θ_s表示以無人機為頂點，無人機探測傳感器探測范圍所形成探測圓錐體的頂角；

根據貝葉斯準則迭代更新探測后的區域搜索圖信息：

其中，為更新搜索圖，z_1:k表示k時刻之前的歷史探測事件；

確定無人機之間通信概率的方法包括：

確定第i架無人機傳輸信號時，第j架無人機接收信噪比：

其中，P_i為第i架無人機傳輸信號的功率，為第j架無人機接收平均噪聲的功率，G_ij為第i架無人機和第j架無人機之間通信通道的通道增益；

其中D_ij表示無人機i,j之間的水平距離，α是傳輸消耗因子，h_ij表示多徑衰落；C_ij表示天線增益；

假定h_ij是具有零均值和單位方差的高斯分布，則兩架無人機之間成功傳輸的概率可以定義為：

其中，Γ表示接收信噪比，γ為信噪比必須高于最低要求鏈路質量；

在系統內設定傳輸概率閾值，若傳輸概率P_ij,k(Γ≥γ)小于傳輸概率閾值，認為兩架無人機之間無通信；

否則，認為兩架無人機之間可通信。

2.如權利要求1所述的多無人機協同目標搜索方法，其特征在于，獲得融合搜索圖的方法包括：

定義一致性融合算法：

其中a_ij表示無人機i,j之間的通信權重，u_i是第i架無人機的控制輸入，s_i表示第i架無人機的搜索狀態，N表示執行搜索任務的無人機的數量；

引入狀態預測器，定義如下：

其中，表示第i架無人機的搜索狀態預測；

將作為第i架無人機搜索路徑指令控制輸入的補償，加入狀態預測器后的控制輸入：

其中δ是狀態預測器的影響因子；

將區域更新搜索圖信息作為上述無人機的狀態，因此加入狀態預測器的無人機狀態方程可以表示如下：

其中和分別為上式中的

設a_ij＝1/N，推導出信息融合后的區域搜索圖信息即目標存在概率如下：

其中{V_i,k}表示通信網絡中第i架無人機的相鄰無人機的集合，N_i,k表示鄰接第i架無人機的無人機總數；

為融合搜索圖，用于之后的無人機運動的預測更新。