[发明专利]一种基于势博弈的多无人机协同搜索方法

说明书

【技术领域】

本发明是一种基于势博弈的多无人机协同搜索方法，属于无人机自主控制技术领域。

【背景技术】

在无人机所承担的各种任务中，侦察和搜索(Reconnaissance and Search)是目前无人机系统的首要任务，执行这类任务的无人机通常称为无人侦察机，典型的包括美军的“全球鹰(Global Hawk)”、“捕食者(Predator)”、“扫描鹰(Scan Eagle)”等无人机，其主要功能为情报侦察、目标搜索、目标指示与定位、动态目标跟踪以及战场监视等等。与侦察卫星相比，无人机的成本低，活动区域不受卫星轨道的限制，控制更加灵活，在针对动态时间敏感目标时，可以在更短时间内获得更高分辨率的实时目标图像；与有人侦察机相比，无人机能够昼夜持续侦察，不必考虑飞行员的疲劳和伤亡，特别在对敌方严密设防的重要地域执行任务时，使用无人机更能体现出其优越性。因此，采用无人机对作战区域进行目标搜索和情报侦察已经成为当前战场信息获取的重要手段。

在无人机执行任务过程中，搜索并且发现任务区域内的目标是后续进行情报搜集、目标定位乃至打击等一系列作战活动的基础和前提。然而，在复杂的战场条件下，由于作战任务区域的环境复杂性、目标的不确定性、传感器设备的不确定性和任务的时间紧迫性等因素，使得目标搜索问题十分复杂，具体表现为：任务区域范围大、环境复杂；目标的类型和运动特性复杂；目标侦察搜索设备的性能有限；目标搜索需要满足任务时间要求等。

对于目标搜索任务来说，单架无人机所挂载的传感器性能有限，通常只能获取有限范围内的目标信息，无法满足对大量目标的搜索和侦察需求；另一方面，由于无人机通常是在高危环境下执行任务，使得其故障率和毁伤率大大增加，此时，多无人机协同执行任务将具备如下的优势：可以通过相互之间的配合提高任务完成的质量；可以通过资源和信息的共享扩展执行任务的能力；可以通过任务的并行执行缩短任务完成的时间、提高任务执行的效率；当出现平台损毁时，可以通过任务重分配增加任务成功的概率。由此可见，组织多架无人机协同执行任务是未来网络化战场上的一种重要作战方式，而如何有效控制多架无人机在复杂环境中协同执行搜索任务也逐渐成为近年来协同控制领域的重要内容。

多无人机协同搜索要求在满足特定任务要求和约束条件下，对多架无人机实施有效的控制，从而以最小的代价高质量的完成对目标的搜索，发现尽可能多的未知目标。显然，协同搜索能够带来更好的作战效能、实现更优的资源利用。目前，多无人机协同控制的结构主要可分为集中式结构和分布式结构。在集中式结构下，多架无人机通常在地面任务控制站(或空中任务控制单元)的统一指挥和控制下执行任务，作为中心的任务控制单元能够进行慎思的规划，具有良好的全局控制与决策能力,但是在未来多无人机网络化作战条件下,集中式控制方式将面临通信等诸多方面的问题。

随着技术的不断发展，无人机系统的性能不断提升，无人机的自主能力也不断增强，分布式方式逐渐成为多无人机协同控制的研究热点。在分布式控制方式下，每架无人机具有相对独立的控制器，多无人机之间通常采取协作的方式来解决全局控制问题，系统具有较好的鲁棒性和容错性，并且大量的计算和决策能够在无人机本地进行，从而实现信息的分散化、控制的分散化，使得控制的可靠性和灵活性大大改善。在上述分布式方式下，无人机平台之间的控制、决策以及信息都是高度分散的，多无人机之间的协同行为依赖于平台之间的信息交互。此时，多无人机协同控制将面临如下挑战：通信的复杂性、计算的实时性、环境的不确定性、信息的不一致性等问题。

【发明内容】

1、发明目的：

本发明提出了一种基于势博弈的多无人机协同搜索方法，其目的是提供一种协同控制方法，使得无人机在执行搜索任务时能够分布式地工作，独立地针对自身所处的环境做决策，从而达到整体效能的最优，同时能够应对通信的复杂性、计算的实时性、信息的不一致性等问题。

2、技术方案：

本发明针对多无人机协同搜索的任务需求，开发了一种鲁棒性强、实时性好的基于势博弈的多无人机协同搜索方法，该方法的步骤如下：

步骤一：多无人机协同搜索问题建模