[發明專利]一種多無人機協同多目標追蹤的運動控制方法

在審

• 申請號: 202110589059.9
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113311867A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 吳杰宏;楊京輝;張維君;楊華;高利軍;劉奎;周振輝
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種多無人機協同多目標追蹤的運動控制方法，首先判斷每個時刻的無人機是否能感知到目標信息，對于不能感知到任何一個目標的無人機選擇其鄰居無人機作為臨時跟隨領導者，并設計有下一時刻無人機的運動模型，以及目標的逃逸模型，本發明考慮無人機有效的通信范圍，即每一個無人機只能獲取鄰居的狀態信息，不存在全局通信，因此復雜度較小；基于個體運動規則的分布式控制，相較于集中式的控制方法魯棒性較強，計算量較小；臨時領導者選取方法，充分考慮了無人機的數量和與目標之間的距離，可以保證每一個目標都有一定數量的無人機追蹤，并具有較高的追蹤效率。

技術領域

本發明屬于多無人機協同控制技術領域，具體涉及一種多無人機協同多目標追蹤的運動控制方法。

背景技術

21世紀是科技高速發展的時代，計算機技術成為了當下主流的熱點之一。大數據、物聯網、人工智能等技術廣泛應用，為人們在地面上的活動帶來了極大的便利；同時，人民也對未知領域展開了探索，空中一直是人類孜孜以求的探索領域。在智能化與信息化為主導的大背景下，無人機出現了人們的視野中。由于其具有靈活性、體積小、航行自由等特點，目前在民用活動與軍事活動中總能看到它的身影。其中，在民用活動中，越來越多的企業與個人著力于打造無人機與人力結合的運輸模式，其應用場景包括快遞分發、外賣派送、目標搜索等。而在軍事作戰中，無人機常常發揮出意想不到的效果，尤其是在偵察敵情、干擾通信、集群摧毀作戰目標等方面，因此當下很多對于無人機的研究常常出于軍事目的。

雖然無人機已經在軍事作戰中取得了很大的成就，但是關于無人機集群的研究正處于起步階段。無人機集群在執行任務的過程需要達到更高的標準，主要在于無人機之間的自主性和協同性。自主性主要體現在每一個無人機都可以有效利用傳感器融合、信息處理、智能駕駛等關鍵技術，針對突發的任何情況均具有一定的處理能力，并且可以通過機身上裝載的定位設備和傳感設備獲得當下的環境信息。協同性主要體現在集群中所有的無人機要合作完成任務，每一個無人機都可以通過通信設備與地面基站或者通信范圍內的其余無人機交換信息，并且無人機可以達到協調一致。相較于其它任務，無人機集群在執行目標追蹤任務的過程中會面臨更多的問題，同時這也需要無人機之間更高的配合度。近年來，隨著計算機技術的快速發展，多無人機協同控制成為了研究的重要課題之一。協同控制的思想主要來源于生物的集群行為，在自然界中，這一現象普遍存在，如候鳥遷徙、螞蟻覓食、魚群運動等。相比較單個無人機執行任務的情況，多無人機協同執行任務更具有穩定性、可擴展性和安全性等特點，因此在空間搜索、軍事作戰和目標追蹤等領域得到了廣泛應用。其中，目標追蹤是考察無人機協同魯棒性的常用方法之一。近年來，這一問題受到了國內外學者的廣泛關注。

無人機執行目標追蹤任務的本質上就是根據目標的狀態與周圍環境信息的影響，調節其自身的運動規則，最終實現對目標的有效控制。多無人機系統在執行任務時，目標追蹤是最重要的環節之一。從宏觀的角度來說，目標追蹤是無人機執行任務的一種基本情況，需要從空中復雜環境的角度考慮，無人機應該具有處理突然發生情況的能力，具備自組織、協調性執行任務的基本素質；同時，無人機還應該具備對傳感器感知到信息進行處理的能力。針對目標追蹤問題，相關研究主要集中于編隊控制和聚集行為。Olafir-Saber提出了多智能體控制算法設計與分析的理論框架，并研究了拓撲相互作用的鄰居數量對群體動力學的影響。一些學者在該算法的基礎上引入一致性思想，并從保持動態網絡連通性的角度入手展開研究。然而這些研究都是基于單目標追蹤展開，在實際中，通常遇到的情況為多目標問題，所以對無人機協同多目標追蹤問題進行深入研究具有十分重要的理論意義和實用價值。

發明內容

基于上述問題，本發明針對多無人機協同多目標追蹤問題，提出多無人機協同多目標追蹤的運動控制方法，從多無人機協同控制的角度出發，通過協同控制多無人機的運動狀態，實現多目標一致性追蹤的目的。

一種多無人機協同多目標追蹤的運動控制方法，包括：