[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

本發明提出一種用于多架無人機搜索目標任務的優化處理，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。本發明綜合考慮并優化了多無人機搜索任務中的通信性能和搜索性能，更加適應于運動目標的搜索，尤其是實際的復雜海洋環境下的目標搜索任務。

技術領域

本發明涉及無人機控制技術領域，尤其涉及一種多無人機協同目標搜索方法。

背景技術

無人機在目標搜救領域應用優勢明顯。

以海上目標搜索為例，相比于目前的船舶搜索模式，利用無人機搜索海域內運動目標具有使用靈活、安全度高和搜索效率高等優點，因此正逐步應用于復雜海洋環境下的大范圍、長時間搜索任務。通常，無人機按照規劃航線航行，通過搭載的高清攝像頭等設備對任務區域進行探測，以期能夠盡快完成目標搜索或盡可能覆蓋更多目標區域。此外，相比于單架無人機，多架無人機可通過信息融合、行為協同等措施有效提高搜索效率，正逐漸得到越來越多的關注。

現有的無人機協同目標搜索方法主要包括三種，即幾何法、隨機法、啟發式方法。幾何法通過規劃平行線、螺旋線等標準路徑以引導無人機全覆蓋目標區域，隨機法即引導無人機在任務區域內隨機航行，經過時間累積逐漸覆蓋區域并搜索到目標，這兩種方法原理簡單、使用靈活，但因缺乏啟發式引導策略導致搜索效率低下。啟發式方法基于區域的搜索圖信息，采取各類啟發式策略如模型預測控制、梯度法、神經網絡等確定未來搜索行為，但由于搜索圖信息復雜，無人機容易陷入局部最優，導致覆蓋不到高概率區域，搜索效率較低。此外，每架無人機的搜索歷史不同，因此還需要進行信息融合及時更新搜索圖信息，以確定更優的未來搜索行為?，F有信息融合方法主要有平均法、替代更新法及一致性融合等方法。多智能體信息融合中一致性問題是普遍存在的一類問題，多智能體系統狀態達到一致的速度對于搜索效率有重要的影響。

協同目標搜索軌跡優化的核心在于如何規劃多無人機的軌跡，目前的研究大多數僅考慮了搜索性能而忽視了通信性能。目前有很多關于多無人機通信網絡連通控制的研究，他們將協同搜索問題簡單分為通信網絡拓撲控制框架和運動控制框架，在保證網絡連通度的前提下規劃多無人機的路徑。但需注意的是搜索性能和通信性能是互相影響的，因此為了獲得更優的搜索路徑可以將兩方面性能綜合考慮。

基于以上可知，多無人機協同搜索任務存在以下問題：(1)多無人機協同搜索過程中，搜索性能和通信性能互相影響和制約，信息融合的一致性收斂速度對搜索效率會產生較大的影響；(2)啟發式方法在搜索圖已知的情況下更加有效，但往往存在局部最優問題，缺乏全局考慮，影響搜救效率。

因此本發明擬提出一種基于狀態預測器的一致性融合算法，使得收斂速度加快并提高搜索效率。其次，因此本發明基于傳統的模型預測控制框架擬提出一種基于未來收益的模型預測控制框架，考慮到更廣泛區域的未來搜索圖信息，解決局部最優問題。最后，因此，本發明擬提出一種綜合考慮兩種性能的軌跡優化策略，以引導無人機更安全高效地搜索目標。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多無人機協同目標搜索方法，該方法旨在解決現有技術中多無人機協同任務執行存在的信息融合性差、搜索效率低的技術問題，可實現無人機對運動目標快速穩定的跟蹤。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

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；