基于感知-锁定-发现的多无人机博弈协同搜索方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114237275A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111158497.6(22)申请日2021.09.30(71)申请人中国人民解放军陆军工程大学地址210000江苏省南京市秦淮区后标营路88号(72)发明人郭艳周彬李宁刘存涛刘杰宋晓祥薛端(74)专利代理机构北京力量专利代理事务所(特殊普通合伙)11504代理人毛雨田(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图4页(54)发明名称基于感知-锁定-发现的多无人机博弈协同搜索方法(57)摘要一种基于感知‑锁定‑发现的多无人机博弈协同搜索方法，属于多无人机协同搜索的技术领域。首先多无人机协同搜索建立环境模型和初始化参数；其次无人机任务载荷参数设置，完成多无人机飞行决策势能博弈；最后通过感知‑锁定‑发现机制目标概率图更新。本发明通过对目标的搜索更新环境概率图，从而降低整体环境的不确定性；提出感知‑锁定‑发现的搜索机制，增大了目标的发现概率，提出较大值概率图融合方法，在克服自身信息的局限性同时，提高信息融合的有效性和准确性；通过势能博弈方法，有利于多无人机自主决策控制，保证整体的搜索效能。本发明尤其适用于在无人机任务载荷性能较低的情况下提升效果显著，具有很好的应用前景。CN114237275ACN114237275A权利要求书1/3页1.一种基于感知‑锁定‑发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：多无人机协同搜索环境与飞行状态建模；步骤2：无人机搜索任务载荷建模；步骤3：建立单无人机目标概率图更新机制；步骤4：多无人机协同搜索目标概率图融合；步骤5：势能博弈求解纳什均衡，纳什均衡点对应当前状态多无人机路径决策的全局或局部最优解。2.根据权利要求1所述的基于感知‑锁定‑发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于上述步骤1的多无人机协同搜索环境与飞行状态建模，具体包括如下步骤：搜索未知环境将环境等分为Lx×Ly大小相同的单元，每个单元g用(x，y)标识；任务无人机标记为第n架无人机位置用(xn，yn，hn)标识，其中hn∈[hmin，hmax]；hmin，hmax分别为无人机最小和最大飞行高度；需要搜索的目标标记为第t个目标位置用(xt，yt)标识，第t个目标位于高度为0的地面上，只要目标位置落于单元中，就代表该单元存在目标；目标客观存在用ω表示，1代表目标在单元中，0代表目标不在单元中；无人机探测结果用ξ表示，1代表在单元中发现目标，0代表在单元中没有发现目标；威胁区域标记为第m个威胁区域用(xm，ym，Rm)标识，威胁范围为半球形，其球心位于高度为0的地面上，威胁半径为Rm；以上各点位置均满足xn，xt，xm∈{1，2，…，Lx}和yn，yt，ym∈{1，2，…，Ly}；{θn(t)，ηx(t)}表示第n架无人机在t时刻的飞行状态，分别表示航向转角和高度变化，受无人机飞行性能约束，在t+1时刻无人机的航向在t时刻航向的基础上左转45度、直行或右转45度，需要满足的机动性约束条件如下：|ηn(t+1)‑ηn(t)|≤ηmax其中，ηmax表示无人机飞行高度最大变化值；无人机的飞行状况还要满足以下约束：dij(t)≥dsafe(i，j＝1，2，…，N；i≠j)dim(t)≥Rm(i＝1，2，…，N；m＝1，2，…，M)其中，dij表示第i架无人机与第j架无人机之间的距离；dsafe表示无人机之间的最小安全距离；dim表示第i架无人机与第m个威胁物之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于感知‑锁定‑发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于上述步骤2的无人机搜索任务载荷建模，具体包括如下步骤：光电载荷探测模型描述了无人机对搜索目标的探测与发现关系；2CN114237275A权利要求书2/3页一般探测概率用Pd表示，Pd＝P(ξ＝1|ω＝1)；虚警概率用Pf表示，Pf＝P(ξ＝1|ω＝0)；竖直向下固定安装的光电载荷，由光学成像原理可知，目标在机载光电载荷成像面上的成像大小δ为：式中，Hs为无人机探测高度，f为光电载荷焦距，Dc为目标的特征尺寸；探测高度Hs和探测半径Rs之间的关系为：式中，βs为光电载荷视场角；计算出目标在光电载荷成像靶面上覆盖目标临界尺寸的线对数N为：式中，b为光电载荷的靶面成像尺寸，Ns为光电载荷的行扫描线数；对于特定目标的识别，已建立了所需目标分辨率的经验规则，利用Johnson准则，给出了特定目标在图像中被发现、定向、识别和确认所需的经验数据，根据数据表可以反向推导出目标传递概率函数的计算公式：4.根据权利要求1所述的基于感知‑锁定‑发现的多无人机博弈协同搜索方法，其特征在于上述步骤3的单无人机目标概