[发明专利]一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法

说明书

本发明涉及一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法，属于无人机协同搜索目标领域。本发明针对现有多无人机协同广域动目标搜索方法中任务区域范围广、搜索效率低、搜索任务时间过长、直接离散化航向角等问题，本发明提供一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法。该方法综合了覆盖搜索和基于信息图搜索方式的优势，根据目标存在概率将任务区域分成重点区域和一般区域，优先利用扫描线覆盖搜索重点区域，利用基于信息素机制对一般区域进行搜索。在此基础上，采用滚动时域优化方法在线滚动优化各个无人机的航迹。该方法能够快速搜索任务区域内的运动目标，在线生成多个无人机的可飞航迹，有效缩短搜索任务时长。

技术领域

本发明涉及一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法，属于无人机协同搜索目标领域。

背景技术

多无人协同搜索问题是无人机协同的主要应用之一，广泛应用于民用和军事领域。相对于一般区域搜索，多无人机广域协同动目标搜索问题具有任务区域广、无人机需求数量大、目标一般低速运动、搜索任务时长难以接受等特点，需要对其设计更加高效实用的多无人机协同搜索方法。

多无人机广域协同动目标搜索策略主要分为覆盖遍历搜索和基于信息图的搜索两种策略。覆盖遍历搜索主要以扫描线对整个任务区域进行覆盖遍历搜索，或者将任务区域分解为子任务区域，然后再利用扫描线分别对其进行覆盖遍历搜索。这种方法在工程上具有控制简单，易于实现，重复覆盖区域面积少等优点，但是难以适用于目标机动，广域搜索等情况。基于信息图的搜索主要用信息图来表征环境的不确定度，无人机优先搜索环境不确定性高的区域，然后通过更新信息图来实现无人机对任务区域的协同搜索。基于信息图的搜索能够引入任务的先验信息，对区域进行重复，但是在广域动目标搜索问题中，缺乏对重点区域的引导，无人机需要较长时间的迭代搜索才能找到重点任务区域。因此，针对广域协同动目标搜索问题，需要设计更加高效合理的多无人机搜索方法，提高无人机搜索效率。

发明内容

本发明针对现有多无人机协同广域动目标搜索方法中任务区域范围广、搜索效率低、搜索任务时间过长、直接离散化航向角等问题，本发明提供一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法。该方法综合了覆盖搜索和基于信息图搜索方式的优势，根据目标存在概率将任务区域分成重点区域和一般区域，优先利用扫描线覆盖搜索重点区域，利用基于信息素机制对一般区域进行搜索。在此基础上，采用滚动时域优化方法在线滚动优化各个无人机的航迹。该方法能够快速搜索任务区域内的运动目标，在线生成多个无人机的可飞航迹，有效缩短搜索任务时长。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种基于混合机制的多无人机协同广域动目标搜索方法，包括以下步骤：

步骤一：初始化参数及建立多无人机协同搜索模型。

1)初始化参数包括：任务区域长度L、宽度W；传感器的探测概率P_D和范围R；无人机初始位置；目标初始存在概率pⁱ(x_n,y_n,t₀)；蚁群算法参数：信息素浓度因子α和覆盖启发因子β。信息素浓度κⁱ(x_n,y_n,t₀)；

2)考虑无人机协同搜索的目标发现收益和环境覆盖收益，建立如式所示无人机协同搜索模型。

式中：分别为第i架无人机和其邻域内无人机；为第i架无人机的目标发现收益；为第i架无人机环境覆盖收益；w₁和w₂分别为目标发现收益和环境覆盖收益的加权系数；U_j为无人机i领域内第j架无人机；C_i为第i架无人机的约束条件；N_U为无人机数量。其中无人机的模型采用Dubins模型如下；