多运动目标的多无人机协同搜索追踪策略

针对多无人机协同搜索追踪区域内多运动目标问题,考虑无人机的传感器与避撞等约束和目标随机运动等特征,提出了以垂线搜索为基础的多无人机协同搜索追踪策略.策略包含任务分配和航迹规划两部分.在任务分配部分,设计了航道均分垂线搜索算法,将搜索资源在区域内均匀分配,提高协同搜索效能.在航迹规划部分,设计了改进的人工势场算法,避免发...     

基于信息图的多无人机三维协同搜索动目标方法

针对多无人机协同搜索区域内多运动目标问题,考虑传感器的探测概率与虚警概率、无人机的飞行与避撞约束和目标随机运动等特征,提出基于信息图的多无人机三维协同搜索方法.以无人机搜索的短期收益、长期收益和协调收益的平衡为核心,考虑无人机三维运动的特征,构建多无人机协同搜索的数学规划模型,并设计包含目标存在概率、环境不确定度、重访信息素和搜索增益4个因子的搜索信息图.基于滚动规划架构,整合新提出的剪枝方法进行模型的求解.在典型的协同搜索场景下,通过数值仿真验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所提出的方法可以在秒级的时间内做出每架无人机的三维航迹决策,重访信息素和搜索增益因子可以引导无人机捕获更多的目标.对比仿真结果表明,所提出的方法可以在捕获更多目标的同时具有更少的误判次数,有效提升了多无人机协同搜索的任务效能.     

针对运动目标的多无人机协同鸽群优化搜索方法

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.     

面向不确定目标的多无人机协同搜索控制方法

目标搜索是多无人机协同控制的重要研究内容。多架UAV(Unmanned Aeiral Vehicle)同时对一个未知区域进行搜索,目的在于获取搜索区域的信息,尽可能多地发现目标。针对不确定目标的搜索问题,研究多无人机协同搜索控制的新方法。建立多UAV运动模型,用目标存在概率对搜索环境进行描述,给出基于Bayesian准则的搜索环境更新方法,考虑了环境探测回报、目标发现回报和无人机协同回报,采用MPC实现对多目标优化问题的迭代求解。通过仿真实验和对比分析,证明了该方法具有更好的搜索性能。     

针对动态目标的多无人机协同组合差分进化搜索方法

针对多无人机动态目标协同搜索问题,提出一种组合差分进化无人机协同搜索航迹规划方法.建立动态目标协同搜索环境信息图模型及无人机运动模型.基于改进差分蝙蝠算法和自适应差分进化算法,设计基于种群数量自适应分配的组合框架,将差分进化算法中的变异、交叉和选择机制引入蝙蝠算法,构建组合差分进化算法的协同搜索算法,并对无人机动态目标协同搜索的航迹进行优化.针对待搜索目标轨迹随机多变且具有规避侦察特性的现实场景,建立可回访数字信息图和自适应目标搜索增益函数,从而提高无人机对动态目标的捕获能力.最后,通过仿真结果验证所提出的无人机动态目标协同搜索算法的有效性.     

基于滚动时域估计的非线性目标跟踪*

实际的雷达跟踪问题大多属于非线性问题,存在着各种物理约束,采用基于在线滚动优化原理的滚动时域估计方法可以有效地处理带约束非线性目标跟踪问题。滚动时域估计通过引入到达代价函数,将非线性跟踪滤波问题转换为带约束的有限时域优化问题,可以有效减少优化问题求解的计算量,能够显著提高状态估计的准确度。针对实际的雷达跟踪问题,仿真结果表明,滚动时域估计能有效地提高非线性目标跟踪的精度。     

基于通信与观测联合优化的多无人机协同目标跟踪控制

为了提高目标跟踪任务的执行效能,提出一种基于通信与观测联合优化的多无人机协同运动目标跟踪控制方法.建立以信息成功传递概率描述的通信链路模型,采用扩展信息滤波实现目标状态融合估计与预测,使用Fisher信息矩阵对无人机观测所获取的信息进行表征.通过将信息成功传输概率引入到优化指标函数中,建立多无人机协同目标跟踪运动控制的滚动时域优化模型,实现通信与观测的联合优化,而这种联合优化体现在提高无人机与地面站之间信息成功传输概率与降低目标状态估计不确定性之间的折中.与不考虑通信优化的跟踪控制对比表明,所提方法可以提高跟踪过程中各架无人机与地面站之间的信息传输概率,使目标状态的全局融合估计结果更精确、更有效.     

基于滚动时域的无人机动态航迹规划

针对带有动力学约束的多旋翼无人机航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域控制和快速粒子群优化(RHC-FPSO)方法。该方法引入了基于VORONOI图的代价图方法说明从航迹端点到达目标点的距离估计。根据滚动时域和人工势场法的思想,将路径规划问题转化为优化问题,以最小距离和其他性能指标为代价函数。设计评价函数准则,按照评价准则使用变权重粒子群优化算法求解。针对无人机靠近危险区飞行的问题,将斥力场引入到代价函数中,提升其安全性。仿真实验结果显示,使用文中方法可以有效地在满足约束条件下穿过障碍物区域,以及在复杂环境下可以动态计算。     

基于集散式模型预测控制的多无人机协同分区搜索

针对多无人机在对大范围目标区域执行协同搜索任务时搜索资源分配不均、容易因频繁转场造成资源浪费等问题,借鉴集中式控制和分布式控制结构的优点,建立了集散式多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索结构体系,通过聚类分析和V图划分等方法对目标区域进行分区,结合各子区域任务特点对无人机群进行搜索任务分配,并采用一种经改进后可有效增大UAV预测范围的预测控制模型,研究了动态环境下多UAV集散式协同分区搜索问题,最后,将所提方法与常见几种协同搜索方法进行对比仿真,获取仿真结果验证了所提方法在目标发现概率和搜索效率方面的有效性和优越性.     

基于滚动时域估计的带约束运动目标跟踪*

针对实际的运动目标跟踪问题中存在的各种物理约束,采用基于在线滚动优化原理的滚动时域估计方法,将跟踪滤波问题转换为带约束的有限时域优化问题,并通过引入到达代价函数,有效减少了优化问题求解所需的计算量。最后,对实际的目标跟踪问题进行了滚动时域估计仿真研究。Monte Carlo仿真结果表明,滚动时域估计能有效提高跟踪精度,并且能在采样周期之内完成求解,满足在线估计的需要。     

基于stackelberg多步博弈的无人机协同搜索路径规划

考虑到现有无人机搜索问题研究中无人机、移动目标仅有一方具有远距离探测能力的设定，已经无法体现出战场环境下双方的博弈关系。针对这一不足，基于stackelberg均衡策略，结合多步预测的思想，提出了stackelberg多步博弈策略，实现了无人机、目标都具有远距离探测能力的博弈搜索。通过建立无人机、目标各自的路径收益函数，使双方能够根据不同时刻的博弈状态选择相对应的函数，实现无人机的动态路径规划。仿真结果表明所提出策略完全适用于该博弈模型，比贪婪策略具有更高的搜索效率，大大提高了目标捕获率。     

Receding horizon control for multi-UAVs close formation control based on differential evolution

Close formation flight is one of the most complicated problems on multi-uninhabited aerial vehicles (UAVs) coordinated control. Based on the nonlinear model of multi-UAVs close formation, a novel type of control strategy of using hybrid receding horizon control (RHC) and differential evolution algorithm is proposed. The issue of multi-UAVs close formation is transformed into several on-line optimization problems at a series of receding horizons, while the differential evolution algorithm is adopted to optim...     

Multiple UAVs/UGVs heterogeneous coordinated technique based on Receding Horizon Control (RHC) and velocity vector control

Multiple unmanned air vehicles(UAVs)/unmanned ground vehicles(UGVs) heterogeneous cooperation provides a new breakthrough for the effective application of UAV and UGV.On the basis of introduction of UAV/UGV mathematical model,the characteristics of heterogeneous flocking is analyzed in detail.Two key issues are considered in multi-UGV subgroups,which are Reynolds Rule and Virtual Leader(VL).Receding Horizon Control(RHC) with Particle Swarm Optimization(PSO) is proposed for multiple UGVs flocking,and velocit...     

基于DHNN的移动域控制策略及应用

为避免基于Riccati方程求解移动域控制问题时复杂的矩阵求逆运算,提出一种基于离散Hopfield网络(DHNN)的移动域控制策略.对每个离散时刻,通过建立DHNN能量函数与移动域线性二次(LQ)性能指标间的等价关系,在线构建相应时刻的DHNN,理论设计能够保证该网络具有稳定性,而且由其稳态输出可获得移动域控制输入.应用于倒立摆平衡控制的仿真实验说明了论文提出的移动域控制策略的正确性及与滚动优化思想相结合实现无限域闭环最优控制的可行性.     

An Optimal Control Strategy for Multi-UAVs Target Tracking and Cooperative Competition

An optimal control strategy of winner-take-all (WTA) model is proposed for target tracking and cooperative competition of multi-UAVs (unmanned aerial vehicles). In this model, firstly, based on the artificial potential field method, the artificial potential field function is improved and the fuzzy control decision is designed to realize the trajectory tracking of dynamic targets. Secondly, according to the finite-time convergence high-order differentiator, a double closed-loop UAV speed tracking the controller is designed to realize the speed control and tracking of the target tracking trajectory. Numerical simulation results show that the designed speed tracking controller has the advantages of fast tracking, high precision, strong stability and avoiding chattering. Finally, a cooperative competition scheme of multiple UAVs based on WTA is designed to find the minimum control energy from multiple UAVs and realize the optimal control strategy. Theoretical analysis and numerical simulation results show that the model has the fast convergence, high control accuracy, strong stability and good robustness.      

基于终端不变集的 Markov 跳变系统约束预测控制

针对离散 Markov 跳变系统, 研究带输入输出约束的有限时域预测控制问题. 对于给定预测时域内的每条模态轨迹, 设计控制输入序列, 驱动系统状态到达相应的终端不变集内, 在预测时域外, 则寻求一个虚拟的状态反馈控制器以保证系统的随机稳定性, 在此基础上, 分别给出了以线性矩阵不等式 (LMI) 描述的带输入、输出约束预测控制器的设计方法.     

基于Web墨卡托投影的导航电子地图设计

针对目前无人机地面测控站导航模块的局限,提出了基于Web墨卡托投影原理的导航电子地图的设计方案,使用ImageStone类库简化了电子地图的制作,并实现了电子地图的绘制、平移及缩放功能;在此基础上完成了航迹规划、实际飞行航线的实时显示以及航线保存等功能,大大提高了地面站的导航地图与导航信息融合显示的实时性;经过无人机仿真系统的测试,验证了方案设计的合理性和可行性,该导航电子地图能够高效、准确地完成各项导航任务。     

基于流体扰动计算的无人机三维无碰撞航路规划

针对三维多架无人机(UAV)入侵的情况,提出一种基于流体扰动计算方法与交互多模型(IMM)算法相结合的无碰撞航路规划算法.首先将流体扰动计算方法用于三维单机入侵情况下的无碰撞航路规划,并简要分析该方法的特点.然后将改进的流体扰动计算方法运用到三维多机入侵的情况,并采用机动目标多模型跟踪算法对机动入侵机进行跟踪并对其未来运动态势进行预测,再结合滚动优化思想在线调整影响系数,在无人机性能约束要求下对避撞航路进行实时的局部优化,最终规划出一条三维可飞行的无碰撞航路.仿真结果表明,该算法能够规避多架入侵机,航路平滑可飞,满足实时性要求.     

基于孪生区域建议网络的无人机目标跟踪算法

在无人机跟踪过程中,遮挡、光照变化、背景干扰等影响会导致跟踪目标丢失。基于SiamRPN算法提出一种无人机目标跟踪算法。通过在网络中加入空间条带池和全局上下文模块建立远程上下文关系,以适应不同的跟踪场景。同时利用改进交并比的计算方法提取目标特征,并回归精准的预测框。在UAV123数据集上的实验结果表明,相比SiamRPN、SiamFC、SAMF等算法,该算法的跟踪性能较优且具有较强的鲁棒性,尤其在背景干扰环境下,其精确率和成功率较SiamRPN算法分别提升了6.54%和11.63%。     

基于信息几何的高超声速飞行器搜索方法

由于地面雷达受视距限制无法对高超声速飞行器进行连续观测, 针对高超声速飞行器飞出雷达视距盲区后难以搜索的问题, 提出了一种基于信息几何的雷达搜索方法. 本文利用非参数概率密度估计法对高超声速飞行器的出现位置的概率密度进行估计, 并将估计的位置概率密度作为雷达搜索的引导信息; 根据引导信息确定搜索区域, 以区域覆盖率最大化作为优化目标在搜索区域内进行波位编排; 基于信息几何理论, 将搜索策略建模为统计流形, 利用KL (Kullback-Leibler)散度来度量搜索策略与引导信息之间的差异, 通过最小化KL散度获得最优搜索策略. 通过仿真实验验证了本文所提方法的有效性和可行性, 并验证了相比其他搜索方法具有较明显的优势.