仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法

针对多无人机对抗问题, 本文提出了一种三维空间中仿鹰鸽捕食逃逸行为的多无人机分组对抗博弈方法.在分析鹰鸽捕食逃逸行为的基础上, 文章构建了多无人机博弈对抗系统模型, 并定义了微分博弈中的连续可微值函数, 证明了值函数满足Hamilton-Jacobi-Isaacs(HJI)方程, 从而保证鞍点策略存在. 使用最优分配方法, 为仿鹰无人机一方设计了分组对抗分配策略, 以解决多无人机追逃场景中的任务分配问题. 本文对比仿真实验结果验证了所提出方法的有效性.     

基于动态能耗的多无人机协同任务分配

针对多无人机物流配送存在的空载率高、能源利用效率低等问题,考虑同时送取货的多无人机配送场景和无人机实时能耗变化,提出了无人机动态能耗模型,进行了多无人机同时送取货任务分配问题的研究。用遗传算法对问题进行求解,针对经典遗传算法对初始种群的依赖性、易早熟、局部搜索能力弱等特点,设计了一种混合初始化方法,引入了食肉植物算法繁殖机制,并结合问题特性设计了内交叉策略和反馈变异策略,同时引入了过程精英策略,对遗传算法进行了改进。实验结果表明,改进的遗传算法可以有效求解基于动态能耗的多无人机任务分配问题。     

多无人机分布式协同异构任务分配

研究异构无人机对不同类型目标执行侦察、打击和评估任务的协同任务分配问题.采用信息论中熵的变化量对侦察与评估任务中所获取的信息量进行度量,将无人机对不同类型目标的打击能力抽象为对目标的毁伤概率,并考虑各个任务之间的相互关联,建立异构多无人机协同任务分配模型.设计了基于相邻局部通信的分布式拍卖算法,实现了多无人机协同任务分配问题的优化求解.仿真结果表明了所建模型的合理性和求解方法的有效性.     

基于改进麻雀搜索算法的多无人机任务分配

针对异构多无人机任务分配不合理、速度慢的问题,在经典麻雀搜索算法的基础上引入Logistics混沌初始化,并利用Pareto最优解求解多目标优化问题,加快算法前期的求解速度并避免算法陷入局部最优。利用多种算法研究同一场景下的无人机完成目标任务,通过改变其数量并进行任务分配,使用改进麻雀搜索对算法结果进行对比,结果表明改进麻雀搜索算法在解决多无人机任务分配时的速度和精度都有明显提高。     

基于Memetic算法的多无人机任务分配研究

多无人机协同任务分配问题是多无人机协同控制的关键问题.多无人机协同任务分配问题的难点在于复杂多变的环境下存在多个彼此冲突的目标,如何获得多目标问题的最优解,一直是学术界和工程界关注的焦点.根据多无人机任务分配的特点,针对扩展的混合整数线性规划的任务分配模型,将一种多目标文化基因算法应用于多无人机协同任务分配中并进行仿真,结果表明,提出的算法具有较强的全局搜索能力和快速收敛性,并且验证此算法解决多无人机协同任务分配问题的有效性.     

基于任务与巡航方向相关性分析的无人机任务分配

在有限能耗下提高任务执行效率是无人机系统中一个关键问题,然而现有的无人机任务分配方法忽视任务与无人机巡航方向的相关性对能耗和时延的影响。为此,提出一种基于任务与巡航方向相关性分析的无人机任务分配方法,该方法包括任务筛选和基于共识的冲突解决两个阶段。在第一阶段,该方法首先利用任务与无人机巡航方向的夹角为单个无人机筛选出无折返任务,然后提出兼顾能耗和时间紧迫性的任务筛选算法从无折返任务中筛选出交互前候选任务。在第二阶段,该方法在多个无人机交互候选任务列表后,根据任务在这多个无人机巡航方向上的能耗效用参数和时延评估值来解决它们之间的任务冲突。经实验验证,提出的方法能够获得更低的任务平均能耗和平均时延。     

基于改进粒子群算法的多无人机任务分配研究

任务分配问题是多无人机协同控制的关键技术之一.在深入分析多无人机任务分配问题特点的基础上,对现有模型进行了扩展,建立了多无人机协同任务分配的混合移数线性规划(MILP)模型.对现有粒子群算法进行了改进,提出一种具有较强全局搜索能力的多子群多阶段粒子群算法,开展了粒子群算法在多无人机协同任务分配问题中的应用研究,主要针对粒子群算法的编码策略、约束处理、算子选取、参数设置等方面进行相应的调整和改进.最后对算法进行了仿真,仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于合作竞争公共物品博弈的无人机集群动态资源分配

无人机集群动态资源分配是其任务规划的挑战性关键技术难题.本文提出了一种基于合作竞争机制的动态资源分配方法,将无人机集群与网络进化博弈模型进行对应,建立了基于无人机拓扑网络的博弈模型,通过设计针对特殊个体的调控规则,达到提升系统平均收益的目的.最后,通过无人机博弈模型的仿真实验,根据网络结构、模型参数,以及不同激发机制下系统的稳态结果,验证了本文所提无人机动态资源分配方法的可行性和有效性.     

基于改进合同网算法的多无人机任务分配

传统合同网算法在任务分配过程中存在任务分配不合理,不能有效利用资源的问题;其在进行任务分配时,不能按照任务需求进行任务分配,任务分配效率低下。针对以上问题,文中提出一种基于改进合同网算法的多无人机任务分配方法。该方法通过优化每架无人机的负载平衡,并结合时间和协作要求,解决任务分配不合理的问题,提高任务的分配和执行效率。     

基于多agent系统的大规模无人机集群对抗

本文将多agent系统引入到大规模无人机集群对抗决策系统中,给出了基于多agent系统的大规模无人机集群对抗决策方法.将机群中的每个无人机视为一个独立agent,建立了无人机运动模型,为无人机设计了独立的个体行为集,并针对每种行为给出了决策方法.通过每个个体无人机对其邻域环境的作用,涌现出宏观的集群对抗(作战)效果.使用MATLAB仿真软件对所设计的大规模无人机集群对抗方法进行了仿真,验证了所设计的基于多agent系统的大规模无人机集群对抗决策方法的有效性.     

基于改进快速扩展随机树方法的隐身无人机突防航迹规划

针对隐身无人机在日趋严密的雷达防御系统下的生存问题,提出了基于改进快速扩展随机树的隐身突防航迹规划方法.本文首先对隐身突防航迹规划中无人机的动态雷达散射截面积和雷达的发现准则这两个关键问题进行了分析和建模,然后针对现有算法在解决隐身飞机航迹规划问题时的不足,设计了改进快速扩展随机树算法,将无人机的雷达散射截面积随姿态变化的情况考虑到新节点生成中,并且结合滚动时域策略计算时域范围内所有节点的瞬时发现概率均值,以判断新节点可行性.仿真结果和对比研究表明,算法的改进策略能够处理隐身突防航迹规划的两个特性,并且可在复杂环境下快速生成更优的突防路径.     

Unmanned aerial vehicle based low carbon monitoring planning

Instead of physically visiting all locations of concern by manpower, unmanned aerial vehicles (UAVs) equipped with cameras are a low-cost low-carbon alternative to carry out monitoring tasks. When a UAV flies to conduct monitoring tasks, it does not have to fly at a fixed speed; instead, it should fly at lower speeds over objects of higher concerns and vice versa. This paper addresses the UAV planning problem with a focus on optimizing the speed profile. We propose an infinite-dimensional optimization model for the problem and transform the model into a linear programming formulation based on characteristics of the problem. Our case study shows the managerial insight that the UAV flies at low speeds on important segments of the path and at its highest speeds on less-important segments. This means more durable batteries should be designed for drones that need to carry out elaborated monitoring tasks. This finding further provides guidance for drone users when purchasing and renting drones.     

State transformation-based dynamic visual servoing for an unmanned aerial vehicle

In this paper, we propose a visual servoing control for a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) which is based on a state transformation technique. The UAV is equipped with a single downwards facing camera, and the motion control objective is the regulation of relative displacement and yaw to a stationary visual target located on the ground. The state transformation is defined by a system of partial differential equations (PDEs) which eliminate roll and pitch rate dependence in the transformed image feature kinematics. A method for computing the general solutions of these PDEs is given, and we show a particular solution reduces to an established virtual camera approach. We treat point and line cases and introduce image moment features defined in the virtual camera image plane. Robustness of the control design is improved by accounting for attitude measurement bias, and uncertainty in thrust gain, mass, and image feature depth. The asymptotic stability of the closed-loop is proven. The method is based on a simple proportional-integral-derivative (PID) structure which can be readily implemented on-board. Experimental results show improved performance relative to previous work.     

Asynchronous double-precision windows based unmanned aerial vehicle real-time path planning

A real-time path planning approach based on asynchronous double-precision windows is proposed for unmanned aerial vehicles (UAVs). In this proposed method, cursory paths and elaborate paths are planned respectively in the global and local windows. Specifically, global cursory path planner and local elaborate path planner are integrated by rolling two windows on different frequencies with different modes. Simulation results demonstrate that the proposed approach is effective for realizing a balance between t...     

未知复杂环境中的无人机平滑飞行路径规划

针对无人机实时路径规划问题,提出了一种基于双层决策的平滑路径规划方法,以弥补现有方法在复杂飞行环境中对路径平滑性优化的不足,增强路径的易跟踪性.本文首先给出路径平滑性度量,然后建模上、下层决策目标、威胁规避与无人机性能约束并引入变长规划时间,进而设计基于双层决策的路径规划模型.规划过程中通过嵌入启发式优化策略来进一步改善路径的全局与局部平滑度,并提高路径搜索效率.大量复杂场景中的仿真及与现有经典方法的对比结果表明:该方法能够实时避开复杂危险区域,规划适合飞行的、较短的平滑路径.     

无人飞行器的北斗卫星组合导航算法研究

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统,为促进北斗卫星系统在导航方面的运用,降低我国导航方面对GPS的依靠,从而进一步降低成本,提高无人飞行器的导航精度,本文对捷联式惯性导航系统（INS）和北斗定位导航系统的组合导航算法进行了研究,通过惯性导航系统的原理和导航解算的过程,选择惯导系统和北斗系统的速度、位置差值作为观测量,建立组合导航系统的状态方程和观测方程,利用无迹卡尔曼滤波得到惯导系统状态量和惯性敏感器的误差,对惯导系统进行误差补偿,从而实现无人飞行器的高精度导航控制.并使用Matlab进行仿真,得出高精度的模拟输出轨迹.     

城市密集不规则障碍空间无人机航路规划

随着国家低空开放和民用无人机的普及,小型无人机在城市空间的使用将会越来越广泛,城市空间的密集不规则障碍环境对无人机的安全提出了严峻挑战.针对传统的全局航路规划方法在密集不规则障碍环境中容易陷入局部"死区"而导致飞行危险的问题,通过设计当前航点到无人机视界的航路代价函数,建立了局部视界范围内的最优回溯模型,提出基于局部回溯和广度优先思想相结合的综合路径规划方法.仿真对比实验表明,本文提出的航路规划方法避免了传统的全局规划方法存在的局部"死区"问题,可在密集障碍环境中为无人机规划出安全可飞的航路,使无人机能够规避任意不规则形状的危险障碍,提高了无人机在城市低空环境中飞行的安全性.     

无人飞行器航迹规划的工程化稀疏A*算法

针对无人飞行器(unmanned aerial vehicle, UAV)低空突防的作战任务背景, 结合工程实际, 提出了一种面向工程化应用的稀疏A*算法求解航迹规划问题。考虑到UAV的机动性能、任务要求、作战环境威胁等因素, 分别从UAV的最大转弯角度、最小直飞距离和最大航程等约束条件对稀疏A*算法的节点搜索策略进行了设计。针对以固定角度进入目标的任务要求, 引入虚拟威胁圆满足UAV最大转弯角限制。同时, 设计了航路点信息结构, 并采用双向链表进行存储; 提出了基于最小二叉堆的OPEN表维护方法, 提高算法的实时性。最后, 通过规划实例对方法进行了验证。     

多无人机模糊多目标分布式地面目标协同追踪

针对城市环境中多约束条件下多无人机协同追踪地面目标问题,综合考虑具有不同重要性等级的多个优化目标,提出了一种基于分布式预测控制的模糊多目标航迹规划方法.首先,考虑城市环境中建筑物对无人机视线遮挡、无人机和传感器能量消耗等因素,分别采用目标覆盖度、控制输入代价和开关量形式传感器能耗等为目标函数,将多无人机协同追踪航迹规划转化为多目标优化问题;然后,基于分布式预测控制框架,利用每架无人机未来有限时域内的预测状态,构建多无人机之间的避碰约束,并结合最小转弯半径等约束,形成分布式协同航迹规划模型;最后,针对多个优化目标的不同重要性等级要求,利用模糊满意优化思想将目标模糊化,并根据更重要目标具有更重要满意度的原则,将优先等级表示为松弛满意度序,通过在线求解得到有限时域内每架无人机的局部航迹;与传统多目标加权算法仿真结果对比,验证了所提方法的有效性,充分说明了该方法能够获得同时满足目标优化和重要性等级要求的最优航迹.