基于感知-锁定-发现的多无人机博弈协同搜索方法技术

一种基于感知

【技术实现步骤摘要】
基于感知
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锁定
‑
发现的多无人机博弈协同搜索方法


[0001]本专利技术涉及无人机协同搜索的
，尤其涉及基于感知
‑
锁定
‑
发现的多无人机博弈协同搜索方法。

技术介绍

[0002]无人驾驶飞行器(UAV)的快速发展促进了它们被结合到许多领域。无人机由于具有成本低、机动性强、避免人员伤亡等优势，被用来执行危险环境中的复杂任务。但由于单无人机执行任务的效率低、鲁棒性差，使用多无人机协同执行任务在军事和民用方面受到越来越多的关注，协同搜索是配备有侦察载荷(如摄像机、雷达和声纳)多无人机的一个主要应用方面。
[0003]许多搜索和监视任务涉及测量和探索未知区域，例如目标搜索，环境监测和地图构建等，它们通过多无人机之间的信息交互，采用协同决策的方式，可以获得更高的效率并显著降低风险成本。协同搜索涉及分布式算法的设计，即通过局部信息来实现整个系统的全局优化目标。在多无人机协同搜索问题中，有以下几个主要技术问题需要考虑：(1)环境表示和更新，如何表示目标在环境中的存在性和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于感知
‑
锁定
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发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：多无人机协同搜索环境与飞行状态建模；步骤2：无人机搜索任务载荷建模；步骤3：建立单无人机目标概率图更新机制；步骤4：多无人机协同搜索目标概率图融合；步骤5：势能博弈求解纳什均衡，纳什均衡点对应当前状态多无人机路径决策的全局或局部最优解。2.根据权利要求1所述的基于感知
‑
锁定
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发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于上述步骤1的多无人机协同搜索环境与飞行状态建模，具体包括如下步骤：搜索未知环境将环境等分为L
x
×
L
y
大小相同的单元，每个单元g用(x，y)标识；任务无人机标记为第n架无人机位置用(x
n
，y
n
，h
n
)标识，其中h
n
∈[h
min
，h
max
]；h
min
，h
max
分别为无人机最小和最大飞行高度；需要搜索的目标标记为第t个目标位置用(x
t
，y
t
)标识，第t个目标位于高度为0的地面上，只要目标位置落于单元中，就代表该单元存在目标；目标客观存在用ω表示，1代表目标在单元中，0代表目标不在单元中；无人机探测结果用ξ表示，1代表在单元中发现目标，0代表在单元中没有发现目标；威胁区域标记为第m个威胁区域用(x
m
，y
m
，R
m
)标识，威胁范围为半球形，其球心位于高度为0的地面上，威胁半径为R
m
；以上各点位置均满足x
n
，x
t
，x
m
∈{1，2，
…
，L
x
}和y
n
，y
t
，y
m
∈{1，2，
…
，L
y
}；{θ
n
(t)，η
x
(t)}表示第n架无人机在t时刻的飞行状态，分别表示航向转角和高度变化，受无人机飞行性能约束，在t+1时刻无人机的航向在t时刻航向的基础上左转45度、直行或右转45度，需要满足的机动性约束条件如下：|η
n
(t+1)
‑
η
n
(t)|≤η
max
其中，η
max
表示无人机飞行高度最大变化值；无人机的飞行状况还要满足以下约束：d
ij
(t)≥d
safe
(i，j＝1，2，
…
，N；i≠j)d
im
(t)≥R
m
(i＝1，2，
…
，N；m＝1，2，
…
，M)其中，d
ij
表示第i架无人机与第j架无人机之间的距离；d
safe
表示无人机之间的最小安全距离；d
im
表示第i架无人机与第m个威胁物之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于感知
‑
锁定
‑
发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于上述步骤2的无人机搜索任务载荷建模，具体包括如下步骤：光电载荷探测模型描述了无人机对搜索目标的探测与发现关系；
一般探测概率用P
d
表示，P
d
＝P(ξ＝1|ω＝1)；虚警概率用P
f
表示，P
f
＝P(ξ＝1|ω＝0)；竖直向下固定安装的光电载荷，由光学成像原理可知，目标在机载光电载荷成像面上的成像大小δ为：式中，H
s
为无人机探测高度，f为光电载荷焦距，D
c
为目标的特征尺寸；探测高度H
s
和探测半径R
s
之间的关系为：式中，β
s
为光电载荷视场角；计算出目标在光电载荷成像靶面上覆盖目标临界尺寸的线对数N为：式中，b为光电载荷的靶面成像尺寸，N
s

【专利技术属性】
技术研发人员：郭艳，周彬，李宁，刘存涛，刘杰，宋晓祥，薛端，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
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