【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机蜂群协同控制，具体是一种无人机蜂群协同搜索目标方法。
技术介绍
1、无人机因具备强大的感知能力，被广泛的应用在目标搜索任务中，通过通信组网将多个无人机组成无人机蜂群，进行协同搜索目标更是几年来的研究热点。大多数学者在研究利用无人机蜂群进行协同搜索时默认目标可以在任意方向上被探测到，然而现实是，受到环境的约束以及目标本身的可被探测特性，使得某些目标只能在特定方向范围内可被搜索到，例如部分雷达只有在其雷达发射角内可被无人机搜索到。
2、当前对这一问题的解决方法是，根据目标方向特征将搜索空间栅格化，获得一组3d栅格，栅格中心作为侦察点供无人机访问，当无人机遍历所有侦察点后即可实现对所有目标的搜索，并利用三维概率地图加快搜索效率。但是构造3d栅格会增加不必要的栅格数量，引入三维概率地图在某些场景下会大大提高搜索效率，但也有可能会增加无人机蜂群的总飞行距离，提高搜索代价。因此，提出一种无人机蜂群协同搜索目标方法，用于搜索一组只能在特定方向范围内可被探测到的目标仍是必要的
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种无人机蜂群协同搜索目标方法，有效的利用目标可被探测范围的几何特性，构造出一组最佳平面栅格，所构造的栅格相比3d栅格数量更少，能够有效减少计算资源，提高搜索效率。
2、本专利技术技术方案如下：
3、首先建立了精确的问题模型用于描述解决策略，根据目标可被探测范围方向特征提出了一种平面栅格构造方法，将得到的栅格中心
4、一种无人机蜂群协同搜索目标方法，包含以下具体步骤：
5、步骤1，目标模型、无人机蜂群模型以及探测关系模型；
6、步骤2，基于目标模型中目标可被探测范围方向特征提出一种平面栅格构造方法，将栅格中心做为侦察点；
7、步骤3，使用改进km算法对无人机蜂群实时分配侦察点，让无人机蜂群前往侦察点进行搜索；
8、步骤4，提出基于人工势场理论的改进km算法进行优化，提高搜索效率。
9、所述步骤1具体如下：
10、步骤11，建立目标模型，目标集由一个序列表示：nt为目标点的总数量；序列中的第j个目标tj表示为：是目标tj在搜索空间中的坐标；目标的可被探测范围是一个圆锥状空间，目标位于圆锥的顶点，θj,ψj分别表示圆锥中心轴线aj与xoy平面以及x轴的夹角，描述目标的可被探测范围方向，γj表示圆锥对称面切面形状的顶角角度，用于描述目标可被探测范围的大小，为简化模型，设定所有目标的圆锥顶角均为一个常数，即γj＝γ，设定目标的可被探测范围是完全暴露在地面之上的一个圆锥，因此要求θj∈[γ/2,π/2]，ψj∈[0,2π]；
11、步骤12，建立无人机蜂群模型，无人机蜂群模型由序列表示，nd是无人机蜂群无人机的总数量；第i架无人机表示为：其中是第i架无人机在搜索空间中的坐标，vdi是无人机di的飞行速度，dl为侦查距离；
12、步骤13，建立探测关系模型，关系模型由无人机与目标之间的相对位置关系由距离和方向两部分组成，分别由矩阵d和矩阵δ表示。其中d为距离矩阵，元素dij表示无人机di和目标tj之间的距离：
13、
14、δ为方向矩阵，用lij表示连接无人机di和目标tj的线段，方向矩阵元素δij表示lij和目标可被探测范围圆锥中心轴线aj之间的夹角，描述无人机di偏离目标tj可被探测范围圆锥中心轴线的程度。
15、无人机di探测到目标tj要满足以下两个条件：
16、1)目标tj到无人机di的距离不能超过di的检测范围dl，即：dij≤dl；
17、2)di必须处于目标tj的可被探测范围内，此条件描述为：
18、所述步骤2具体如下：
19、步骤21，寻找一个能够切割到任意目标可被探测区域的平面p切割目标可被探测区域，在切割后得到目标可被探测区域的横截面
20、步骤22，在截面f内取最大内切圆在圆c内作最大内接正方形g，取所得的所有正方形中的最小正方形gmin的边长尺寸smin作为该平面p下的栅格边长大小，最佳平面p高度h公式：
21、
22、在该高度平面内构造的栅格尺寸s大小公式：
23、
24、其中γ为角度制，且为整数。
25、所述步骤3具体如下：
26、步骤31，将步骤22得到栅格中心点，即侦察点，用序列表示,nr是待分配侦察点的数量，第i个待分配侦察点表示为：
27、
28、其中表示侦察点ri在搜索空间中的坐标。定义d*为nd×nr大小的距离矩阵。表示无人机di和侦察点rj之间的距离；
29、步骤32，将步骤13定义的无人机蜂群集合和步骤22得到的侦察点集合作为二分图的两部分顶点集，将步骤31获得的无人机蜂群和侦察点群的距离相反数作为匹配权值，通过改进km算法运算得到总飞行距离最短的实时分配结果，无人前往被分配到的侦察点进行搜索，按照步骤13所述的条件判定目标是否被搜索到。
30、所述步骤4具体如下：
31、步骤41，给每个侦察点赋予一定的势场值，将势场值纳入km算法分配权重计算当中，修改后的分配权值为相同距离权值下，势场值越低的侦察点，其分配权值越高，被分配的优先级更高。
32、步骤42，如果检测到有多个无人机在同一直线上，并且该直线上存在未被访问的侦察点，则增大直线上侦察点对部分无人机的势场值逼迫部分无人机选择直线外势场值更低的侦察点进行访问，避免造成搜索路径重合的现象，其次在km算法分配侦察点的过程中，提高已被匹配的侦察点对其他无人机的势场值令无人机蜂群使用km算法分配侦察点时尽量分散开，避免路径重合的同时加快对未知区域侦察点的访问，提高搜索效率。
33、本专利技术有益效果在于：
34、1、有效的利用目标可被探测范围的几何特性，构造出一组最佳平面栅格，所构造的栅格相比3d栅格数量更少，能够有效减少计算资源；
35、2、通过调整侦察点的势场值影响km算法的分配权重，减少无人机搜索过程中的路径重合现象，加快无人机对未知区域侦察点的访问，提高搜索效率。
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1.一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：包含以下具体步骤：
2.根据权利1所述的一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：所述步骤4具体如下：
3.根据权利1所述的一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：所述步骤1具体如下：
4.根据权利3所述的一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：步骤13中，无人机Di探测到目标Tj要满足以下两个条件：
【技术特征摘要】
1.一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：包含以下具体步骤：
2.根据权利1所述的一种无人机蜂群协同搜索目标方法，其特征在于：所述步骤4具体如下：
3.根据权利1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏飞，郑祥明，吴承珅，谢宇杰，陆楷杰，胡锦浩，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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