[發(fā)明專利]基于脈沖神經(jīng)元模型和AC網(wǎng)絡的無人機類腦避障方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210368152.1
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114859961A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 喻煌超;叢一睿;尹棟;王祥科;趙述龍;陸俊麒;曹粟;王小霞
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06N3/04;G06N3/08;G06F17/13
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

1.一種基于脈沖神經(jīng)元模型和AC網(wǎng)絡的無人機類腦避障方法，其特征在于，包括步驟：

1)分析脈沖神經(jīng)元的響應特性，建立神經(jīng)元脈沖響應模型；

2)對脈沖AC網(wǎng)絡的輸入輸出進行編碼，并完成時序差分的參數(shù)更新；

3)獲取無人機狀態(tài)信息，通過神經(jīng)元脈沖響應模型和脈沖AC網(wǎng)絡輸出避障決策以進行避障。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于脈沖神經(jīng)元模型和AC網(wǎng)絡的無人機類腦避障方法，其特征在于，在步驟2)中，對脈沖AC網(wǎng)絡的輸入輸出進行時序編碼。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于脈沖神經(jīng)元模型和AC網(wǎng)絡的無人機類腦避障方法，其特征在于，在步驟2)中，脈沖AC網(wǎng)絡完成時序差分的參數(shù)更新的過程為：

設兩層的神經(jīng)網(wǎng)絡中，輸入層的神經(jīng)元標記為i，輸出層的神經(jīng)元標記為j，輸入層與輸出層之間的連接權重標記為w，則計算值函數(shù)的梯度，即為計算偏導數(shù)

假設t＝0時刻，神經(jīng)元處于靜止狀態(tài)，而神經(jīng)元j的輸出t_j是神經(jīng)元j激發(fā)的第一個脈沖，不考慮核函數(shù)η(s)的影響，則t_j滿足：

其中，是神經(jīng)元i發(fā)出脈沖的時刻；

考慮輸入層的神經(jīng)元m，其到輸出神經(jīng)元j的連接權重為w_mj，式(40)兩邊同時對w_mj求偏導，再合并移項，解得：

其中，是神經(jīng)元沒發(fā)出脈沖的時刻；

通過偏導數(shù)和式(41)，即得到值函數(shù)梯度▽_wV(s_t,w)，據(jù)此進行Critic網(wǎng)絡的參數(shù)更新；其中Actor網(wǎng)絡的參數(shù)更新與Critic網(wǎng)絡的參數(shù)更新過程相同。

4.根據(jù)權利要求1～3中任意一項所述的基于脈沖神經(jīng)元模型和AC網(wǎng)絡的無人機類腦避障方法，其特征在于，在步驟1)中，建立神經(jīng)元脈沖響應模型的具體過程為：

對于脈沖神經(jīng)元i的放電時間記為t_i^f，其中f＝1，2，…；因為各個脈沖的形態(tài)基本相似，信息被以脈沖時間的形式編碼，將神經(jīng)元i的脈沖序列表示為放電時間序列，并以δ函數(shù)的形式表示：

F_i(t)＝∑_fδ(t-t_if) (19)

神經(jīng)元每次接收脈沖，相當于膜表面一次性接收了定量的電荷，同樣，將神經(jīng)元每次釋放脈沖，視為膜表面一次性移除了定量的電荷；將神經(jīng)元每次釋放一個脈沖時，從膜表面移除的電荷記為定值q_r；激發(fā)脈沖后，膜電勢從激發(fā)閾值瞬間下降到u_r，則有

q_r＝C(θ-u_r) (20)

則因為激發(fā)脈沖，而在膜表面產(chǎn)生的放電電流為：

I_r(t)＝-q_rF(t)＝-C(θ-u_r)∑_fδ(t-t^f) (21)

與放電對應的短脈沖電流在數(shù)學上的處理方式與任何其他依賴時間的輸入電流一樣，將由脈沖接收電流和釋放脈沖的放電電流組成的總電流I(t)+I_r(t)代入式(7)中，得到結果為：

將式(21)中I_r(t)的形式代入式(22)，得到：

根據(jù)式(23)，神經(jīng)元接受和激發(fā)脈沖時，膜電勢都會產(chǎn)生突變；激發(fā)脈沖后，神經(jīng)元暫停工作、進入不應期，此時的膜電勢突變忽略；而接受脈沖時，膜電勢的突變則與實際情況不相符；因此對式(23)進行相應修改；引入兩個核函數(shù)η(s)和κ(s)來改寫解的形式：

則微分方程的解可以寫為：

此處，核函數(shù)η(s)描述了膜電勢的重置，解釋了神經(jīng)元激發(fā)脈沖的行為；核函數(shù)κ(s)總結了神經(jīng)元膜表面的線性電特性；這兩個核函數(shù)，再加上閾值條件，構成神脈沖經(jīng)元響應模型。