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针对运动目标的多无人机协同鸽群优化搜索方法

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控制理论与应用 2023年第4期40卷 624-632页

作者：郑伟铭周贞文徐扬罗德林厦门大学航空航天学院福建厦门361102 西北工业大学民航学院陕西西安710072

针对多无人机协同运动目标搜索问题,本文设计了改进鸽群优化算法的协同搜索决策.首先,基于运动目标的独立性,建立了服从正态分布的目标概率信息图模型;为了提高环境中目标存在的确定度,建立了搜索环境的确定度信息图.其次,通过建立的吸... 详细信息

针对多无人机协同运动目标搜索问题,本文设计了改进鸽群优化算法的协同搜索决策.首先,基于运动目标的独立性,建立了服从正态分布的目标概率信息图模型;为了提高环境中目标存在的确定度,建立了搜索环境的确定度信息图.其次,通过建立的吸引和排斥数字信息素图,引导无人机向未搜索区域飞行,减少重复搜索概率,提高协同目标搜索效率,并基于传统的鸽群算法,通过加入速度更新修正机制和精英代机制对其进行改进.然后,结合环境中目标的存在概率信息以及无人机搜索目标的探测信息,使用改进鸽群优化算法,规划无人机的最优搜索飞行路径.并设计避碰机制,以有效防止无人机搜索过程中的碰撞.最后,通过比较仿真实验验证了改进鸽群优化算法对运动目标协同搜索的有效性.

关键词：多无人机运动目标协同搜索鸽群优化

基于CEA-GA的多无人机三维协同曲线航迹规划方法

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北京航空航天大学学报 2023年第11期49卷 3086-3099页

作者：文超董文瀚解武杰蔡鸣空军工程大学研究生院西安710038 空军工程大学航空工程学院西安710038

针对多无人机协同航迹规划求解计算复杂度高,收敛效率差等问题,提出一种基于混沌精英适应遗传算法(CEA-GA)的多无人机三维协同曲线航迹规划方法。利用层级规划思想,建立基于单机规划层-航迹平滑层-多机协同规划层的多无人机三维协同曲... 详细信息

针对多无人机协同航迹规划求解计算复杂度高,收敛效率差等问题,提出一种基于混沌精英适应遗传算法(CEA-GA)的多无人机三维协同曲线航迹规划方法。利用层级规划思想,建立基于单机规划层-航迹平滑层-多机协同规划层的多无人机三维协同曲线航迹层级规划模型,将复杂约束规划问题分解为子函数优化求解问题,减小计算量;考虑到遗传算法(GA)求解高维复杂约束优化问题存在的性能局限,采用Tent混沌映射均匀初始化种群,以扩大个体搜索空间,丰富种群多样性,在此基础上,通过引入自适应遗传算子平衡算法的全局搜索与局部开发能力,帮助个体跳出局部最优,并采用适应度动态更新策略进一步提高算法的局部探索能力和收敛速度。将精英保留策略引入GA以更好地保证改进算法的全局收敛性。将CEA-GA应用于模型求解,仿真实验结果表明:CEA-GA具有较强的鲁棒性、较好的寻优性能和收敛效率,且能够为集群规划满足约束条件的协同曲线航迹,从而验证了所提方法的有效性和CEA-GA的优越性。

关键词：协同航迹规划多无人机混沌映射遗传算法精英保留

基于PER-MATD3的多无人机攻防对抗机动决策

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航空学报 2023年第7期44卷 191-204页

作者：符小卫徐哲朱金冬王楠西北工业大学电子信息学院西安710129 西安应用光学研究所西安710065 航空工业沈阳飞机设计研究所体系部沈阳110035

以障碍物随机分布的复杂环境下多无人机攻防对抗机动决策为研究背景,构建了攻防双方运动模型及雷达探测模型,将双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法扩展到多智能体领域中以解决多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法存在值函数高估的问... 详细信息

以障碍物随机分布的复杂环境下多无人机攻防对抗机动决策为研究背景,构建了攻防双方运动模型及雷达探测模型,将双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法扩展到多智能体领域中以解决多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)算法存在值函数高估的问题;在此基础上,为了提升算法学习效率,结合优先经验回放机制提出了优先经验回放多智能体双延迟深度确定性策略算法(PER-MATD3)。通过仿真实验表明本文所设计的方法在多无人机攻防对抗机动决策问题中具有较好的对抗效果,并通过对比验证了(PER-MATD3)算法相较其他算法在收敛速度和稳定性方面的优势。

关键词：多无人机多智能体强化学习 PER-MATD3 攻防对抗机动决策

基于顺序扩展一致性包算法的多无人机分布式任务分配

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控制与决策 2023年第11期38卷 3242-3250页

作者：高程都延丽步雨浓刘燕斌杨小草南京航空航天大学航天学院南京211106 北京机电工程研究所北京100074

以异构多无人机协同执行复杂的耦合多任务为背景,提出一种求解分布式任务分配问题非死锁的顺序扩展一致性包算法.首先,建立考虑任务载荷资源、任务时序、威胁区等约束条件的时序多任务分配模型;其次,对一致性包算法的任务包构建过程和... 详细信息

以异构多无人机协同执行复杂的耦合多任务为背景,提出一种求解分布式任务分配问题非死锁的顺序扩展一致性包算法.首先,建立考虑任务载荷资源、任务时序、威胁区等约束条件的时序多任务分配模型;其次,对一致性包算法的任务包构建过程和冲突消解规则进行扩展,并设计一种基于有向图深度优先搜索的方法进行任务方案的死锁检测和修正,以实现无冲突和无死锁的任务分配;然后,将关联任务之间的时序约束转化为软时间窗约束,利用顺序分层的策略进行求解;最后,为了提高任务分配结果的可靠性,采用Dubins曲线路径将航路规划耦合到任务分配中.仿真实验表明,所提出的算法能够快速有效地求解异构多无人机分布式耦合多任务分配问题,具备良好的最优性和时效性.

关键词：多无人机多任务分配一致性包算法分布式无死锁航路规划

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输入受限下多无人机三维协同路径跟踪控制

北京航空航天大学学报 2022年第6期48卷 1038-1049页

作者：刘荣华刘树光张博洋王欢李伟空军工程大学装备管理与无人机工程学院西安710038 空军装备部驻洛阳地区第二军事代表室洛阳471009

针对多无人机在三维空间的协同路径跟踪问题,设计了基于反步法的协同控制器。考虑无人机在飞行过程中的输入饱和问题,加入辅助控制系统,以确保系统在输入受限下仍能保持良好的控制性能。将无人机六自由度非线性模型反馈线性化处理,同时... 详细信息

针对多无人机在三维空间的协同路径跟踪问题,设计了基于反步法的协同控制器。考虑无人机在飞行过程中的输入饱和问题,加入辅助控制系统,以确保系统在输入受限下仍能保持良好的控制性能。将无人机六自由度非线性模型反馈线性化处理,同时考虑无人机飞行时受到的外界不确定扰动及自身模型存在的未建模动态,利用径向基函数在线估计补偿,提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。为了解决反步法需要对虚拟控制量求导导致的控制器复杂问题,引入一阶滤波器,避免对虚拟控制量的求导。利用图论解决无人机机间通信问题,基于一致性理论实现了多无人机的协同控制。基于Lyapunov稳定性理论,证明了系统的稳定性,仿真结果表明,所设计的路径跟踪协同控制器能够达到良好的协同跟踪控制效果。

关键词：多无人机输入受限协同控制路径跟踪反步法

多无人机吊挂负载运输系统的非线性鲁棒控制设计

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吉林大学学报(工学版) 2022年

作者：鲜斌王光怡蔡佳明天津大学电气自动化与信息工程学院

多无人机吊挂负载运输是一种新型的空中运输方式。本文针对系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题，提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上，基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输... 详细信息

多无人机吊挂负载运输是一种新型的空中运输方式。本文针对系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题，提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上，基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输系统的动力学模型。随后设计了一种基于误差符号函数积分（RISE）和几何控制方法的非线性鲁棒控制策略，用于补偿未知外界扰动的影响，实现了对负载位姿的精确控制。基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性和吊挂负载跟踪误差的渐近收敛。仿真结果表明，本文提出的控制策略可以实现良好的轨迹跟踪效果，并对外界干扰有较好的鲁棒性。

关键词：控制理论与控制工程多无人机吊挂负载几何控制非线性控制鲁棒控制

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基于构型优选的5G集群无人机协同导航方法

系统仿真学报 2024年第4期36卷 981-990页

作者：高超黄郑赵轩王红星龙涛国网江苏省电力有限公司江苏南京210024 国网江苏省电力有限公司南京供电分公司江苏南京210017 江苏方天电力技术有限公司江苏南京211100

针对现有基于测距的集群UAV协同导航方法普遍忽略了空间构型对定位定能的影响,难以获得精确的导航定位结果,提出一种基于空间构型优选的5G集群UAV协同导航方法。构建了复杂环境下基于5G信号的UAV相对测距误差模型,基于最小几何精度因子(... 详细信息

针对现有基于测距的集群UAV协同导航方法普遍忽略了空间构型对定位定能的影响,难以获得精确的导航定位结果,提出一种基于空间构型优选的5G集群UAV协同导航方法。构建了复杂环境下基于5G信号的UAV相对测距误差模型,基于最小几何精度因子(geometric dilution of precision,GDOP)准则建立了协同导航节点寻优策略,实现了协同导航空间构型的实时优选;设计了基于5G测距网络的协同导航滤波器,对UAV导航信息进行在线估计和实时补偿,提高集群UAV的协同定位精度。仿真结果表明:该方法从机定位精度平均提升了约42.05%,为集群UAV实现在卫星不可用条件下的自主导航提供了一种有效的新方法。

关键词： 5G测距协同导航多无人机 GDOP(geometric dilution of precision) 最优构型

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基于DMPC的多无人机轨迹跟踪与避碰切换控制

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航空兵器 2023年第6期30卷 64-74页

作者：赵超轮戴邵武何云风刘帅赵国荣海军航空大学山东烟台264000 海军航空大学青岛校区山东青岛266000

多无人机系统在编队飞行过程中往往会遇到突发的静态或动态的障碍物威胁,如何实现对障碍的规避是多无人机系统所必须解决的关键问题之一,为此本文提出一种带有模式切换的分布式模型预测控制算法。根据有无碰撞风险设计出跟踪、避碰两种... 详细信息

多无人机系统在编队飞行过程中往往会遇到突发的静态或动态的障碍物威胁,如何实现对障碍的规避是多无人机系统所必须解决的关键问题之一,为此本文提出一种带有模式切换的分布式模型预测控制算法。根据有无碰撞风险设计出跟踪、避碰两种控制模式及切换策略,其中,跟踪模式以跟踪轨迹为目标,相应算法能保证系统渐近稳定;避碰模式则以避碰为首要目标,通过触发式引入避碰约束来实现无人机与障碍间的避碰。相较传统单一模式下的预测控制算法,本文方法可使无人机更有效地规避预先未知的大型障碍,具有保守性低、计算时间短等优势,最后利用6架四旋翼仿真验证了算法的有效性。

关键词：多无人机轨迹跟踪避碰模型预测控制模式切换

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多无人机编队分组覆盖路径规划算法

计算机应用 2022年第S2期42卷 148-154页

作者：罗刚秦小林中国科学院成都计算机应用研究所成都610044 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049 南昌理工学院计算机信息工程学院南昌330044

针对现有多无人机(UAV)覆盖路径规划简单复用单机算法,多机之间协同程度不足的问题,提出多无人机编队分组覆盖路径规划算法。首先,多无人机以编队形式完成Boustrophedon分解后子区域的覆盖,提高覆盖速度与覆盖效率;其次,多机编队在分支... 详细信息

针对现有多无人机(UAV)覆盖路径规划简单复用单机算法,多机之间协同程度不足的问题,提出多无人机编队分组覆盖路径规划算法。首先,多无人机以编队形式完成Boustrophedon分解后子区域的覆盖,提高覆盖速度与覆盖效率;其次,多机编队在分支结点处按照后继结点内部情况分解为多个子编队,同时完成多个分支的覆盖任务,消除了规划过程中的图回溯问题;最后,分解的多个子编队在分支合并时以延时编队的形式重组为一个编队,并重复此过程直到无人机遍历覆盖完成。实验验证了所提算法的有效性。对比实验结果表明,编队分组算法在覆盖速度方面相对传统多机全覆盖算法有16.18%~21.95%的提升,在覆盖效率与转弯次数等也有明显提升。编队分组算法在覆盖规划过程中消除了图回溯问题,极大地降低了多无人机覆盖路径规划的算法复杂度。

关键词：多无人机覆盖路径规划区域分解无人机编队延时组队