[發明專利]無人機集群局部通信目標分配方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202310535748.0
• 申請日: 2023-05-12
• 公開（公告）號: CN116528167A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 張建磊;張春燕;苗志強
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H04W4/029
• 分類號: H04W4/029;H04W4/40;H04W24/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙興華

本發明公開了一種無人機集群局部通信目標分配方法、系統、設備及介質，涉及無人機路徑規劃領域，該方法包括根據無人機集群的執行任務和移動過程的能量代價，建立無人機集群的綜合代價函數作為目標函數；根據目標函數和無人機集群在移動過程中局部通訊條件下傳輸的已知信息，采用改進DE算法，更新無人機的飛行路徑和需要打擊的目標編號，以無人機集群能夠打擊所有目標并有最小的能量消耗；所述改進DE算法是在標準DE算法的基礎上，引入參數自適應策略、改進變異策略、最優個體以一定概率引入當前種群進化過程策略和通訊限制策略后得到的算法。本發明能夠提高未知環境下無人機通訊受到限制時全局目標分配的效率。

技術領域

本發明涉及無人機路徑規劃領域，特別是涉及一種無人機集群局部通信目標分配方法、系統、設備及介質。

背景技術

隨著無人機制造技術的發展和成熟，利用無人機執行任務的應用已經變得比較普遍，在這背后的規劃和決策問題也成為了人工智能領域一項重要的研究課題。無人機系統通常由地面通訊系統和無人機組成，無人機依靠地面通訊系統向地面取得聯系同時無人機之間也可以相互交換彼此之間的信息。無人機的概念最早提出在軍事領域，為了避免飛行員的傷亡，以及在戰斗中執行偵察和打擊目標等任務，無人機以其隱蔽性，便捷性和造價低等優勢迅速在軍事領域得到了應用和推廣。伴隨著無人機技術的逐漸成熟，無人機的應用領域也不再只是局限于戰爭層面，商用無人機，民用無人機開始大量出現并迅速應用在不同領域。

隨著對探測能力的要求，無人機編隊開始應運而生。在單架無人機進行探測的過程中，往往因為續航水平，傳感器探測距離等局限性難以完成一些復雜環境下的任務，而采用無人機集群(即多無人機)組成的編隊可以有效彌補以上缺點。其中無人機集群協同進行未知地圖的目標搜索算法的研究已經成為國內外學者比較看重的一項內容。無人機集群編隊在探測地圖中如果擁有優秀的通訊策略，較好的對障礙物的躲避能力，更少的移動步數和通訊代價，不僅可以節省無人機的能源，還可以提高執行任務的效率。同時這也可以適當降低對無人機制造技術的要求，提高無人機編隊的實用性。優秀的決策和規劃算法更有利于無人機技術的發展和在實際場景中的應用。目前，無人機集群系統在未知環境下存在通信受限、任務執行效率低以及容易陷入局部最優解等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于改進DE算法的無人機集群局部通信目標分配方法、系統、設備及介質，以提高未知環境下無人機通訊受到限制時全局目標分配的效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

第一方面，本發明提供了一種無人機集群局部通信目標分配方法，包括：

根據無人機集群的執行任務和移動過程的能量代價，建立無人機集群的綜合代價函數作為目標函數；所述執行任務包括目標的位置以及目標是否已經被打擊；

根據目標函數和無人機集群在移動過程中局部通訊條件下傳輸的已知信息，采用改進DE算法，更新無人機的飛行路徑和需要打擊的目標編號，以無人機集群能夠打擊所有目標并有最小的能量消耗；所述已知信息為無人機集群探索到的障礙物信息和地圖信息；所述改進DE算法是在標準DE算法的基礎上，引入參數自適應策略、改進變異策略、最優個體以一定概率引入當前種群進化過程策略和通訊限制策略后得到的算法。

可選地，所述目標函數為：

其中，n為無人機數量，m為目標，P_ij表示無人機U_i完成攻打目標T_j的可能性，V_ij表示無人機U_i完成攻打目標T_j后得到的收益，D_ij為無人機U_i完成攻打目標T_j的距離代價，λ表示權重因子，C代表違反限制的懲罰值，α和β分別是權重系數。

可選地，所述目標函數的確定過程為：

根據下述定義，確定目標函數；