[發明專利]一種無人機集群協同偵察覆蓋分布式自主優化方法

有效

• 申請號: 202210146501.5
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114200964B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 姚昌華;胡程程;程康;高澤郃;韓貴真;安蕾
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 田凌濤

本發明公開了一種無人機集群協同偵察覆蓋分布式自主優化方法，通過將無人機執行不同位置策略和功率策略時獲得的收益虛擬化，以收益虛擬來驅動無人機行動的自主決策，通過分布式自主迭代學習算法優化無人機的位置策略和功率策略，實現無人機群所獲虛擬收益最大化，該方法使得無人機群能夠在偵察區域內自主展開協同，并合理分配偵察資源，提高無人機群的穩定性和靈活性，在不同環境中均能保持穩定的偵察綜合效率。

技術領域

本發明涉及無人機協同偵察系統，具體涉及一種無人機集群協同偵察覆蓋分布式自主優化方法。

背景技術

在遭遇自然災害時或者戰場的緊急區域，現有的偵察設備可能遭到破壞無法正常使用，此時如何利用有限的負載資源來獲得最大的情報信息至關重要；無人機由于其體積小，靈活性強等特點，已經在軍事和民用領域有了廣泛的應用。在緊急區域，無人機很適合用于偵察失去掌控的地區從而獲取目標區域的信息，并為進一步的救援或者戰斗工作提供幫助；多無人機協同偵察是無人機的一種重要應用，要求無人機在一定約束的條件下協同對指定區域進行偵察；協同偵察可以有效增強無人機偵察的效率和質量，是未來無人機作戰模式的重要趨勢。多無人機協同偵察存在如下幾方面優勢：高效，當存在大量任務區域需要進行偵察時，單個無人機完成偵察任務所消耗的時間會超出無人機的續航時間，如果采用多無人機偵察，只需要給每架無人機分配指定的區域，可以有效減少時間的消耗；穩定，如果只存在單架無人機進行偵察任務時，如果無人機發生故障則會導致任務中斷，使用多架無人機協同偵察時，當其中一架或者多架無人機出現故障時，會有其他的無人機來接替故障無人機的工作，保障偵察工作的順利完成；靈活，單個無人機在進行偵察時所攜帶的偵察載荷有限，如果偵察載荷不能用于目標區域時，只能中斷偵察任務的執行，而在使用多架無人機偵察時，無人機可以攜帶不同的偵察載荷來針對不同的任務場景。

現有技術雖然對無人機協同偵察有所研究，但主要集中在研究無人機協同偵察的路徑優化，默認目標在指定區域一直存在，忽視了目標間隔性出現這種可能性。從偵察的方式來看，大部分現有研究采取無人機巡邏偵察方式，對偵察的成功率考慮不足。因此，有必要研究無人機集群在偵察中，面對目標不同出現概率的場景的偵察覆蓋技術。

發明內容

本發明的目的：在于提供一種無人機集群協同偵察覆蓋分布式自主優化方法，使得無人機群能夠針對指定復雜區域，根據偵察區域內目標出現的分布情況，通過系統協同任務分配和算法迭代，通過集中決策的方式，合理分配無人機系統中每一架無人機的位置策略和功率策略，提高無人機群對于偵察區域的偵察能力。

為實現以上功能，本發明設計一種無人機集群協同偵察覆蓋分布式自主優化方法，包括以下步驟：步驟S1.初始化無人機群中各無人機的位置策略和功率策略，基于無人機群中各無人機的位置策略和功率策略的選擇，構建無人機群行動決策。

偵察區域內存在至少一個預設待偵察目標點，基于無人機群行動決策、無人機群中各無人機分別對各預設待偵察目標點的偵察成功率、無人機群中各無人機分別偵察各預設待偵察目標點所需時間，構建全局偵察覆蓋效用、全局偵察覆蓋能量效率。

基于全局偵察覆蓋效用、全局偵察覆蓋能量效率，構建無人機群執行不同行動決策時獲得的虛擬收益模型。

步驟S2.基于無人機群的行動決策的選擇、以及虛擬收益模型，構建該行動決策下的全局偵察覆蓋效用的勢能函數、全局偵察覆蓋能量效率的勢能函數，其中全局偵察覆蓋效用的勢能函數、全局偵察覆蓋能量效率的勢能函數用于表征無人機群中各無人機位置策略和功率策略變化時對所獲虛擬收益模型的影響。

步驟S3.基于虛擬收益模型，結合無人機群中各無人機位置策略和功率策略變化對所獲虛擬收益模型的影響，通過分布式自主迭代學習，優化無人機群中各無人機的位置策略和功率策略，實現無人機群所獲虛擬收益最大化。