一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法.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CN114138011A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111394188.9(22)申请日2021.11.23(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人邓亦敏刘云昊段海滨魏晨周锐(74)专利代理机构北京慧泉知识产权代理有限公司11232代理人王顺荣唐爱华(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书5页说明书10页附图4页(54)发明名称一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法(57)摘要本发明公开一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，包括：搭建无人机集群典型搜索场景；任务地图网格化，给定无人机初始网格坐标；无人机初始化位置和信息素地图；获取目标位置信息；无人机集群共享位置和目标信息；按飞蛾信息素挥发机制更新信息素地图；按飞蛾信息素传播机制更新信息素地图；无人机按飞蛾信息素分泌机制更新信息素地图；无人机判断当前风势状况；无人机根据局部信息素地图进行运动决策等步骤。本发明基于飞蛾信息素机制，可以实现对动态目标的搜索，具有更高的适应性和灵活性；对于实际作战中的移动目标搜索具有更高的应用价值；可以避免过早收敛，更能发挥集群的优势，提高搜索效率。CN114138011ACN114138011A权利要求书1/5页1.一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，其特征在于：该方法实现步骤如下：步骤一：搭建无人机集群典型搜索场景步骤二：任务地图网格化，并给定无人机初始网格坐标步骤三：无人机初始化位置和信息素地图步骤四：无人机启动目标探测设备，获取目标位置信息步骤五：无人机集群通信交互，共享位置和目标信息步骤六：按照飞蛾信息素挥发机制更新信息素地图步骤七：按照飞蛾信息素传播机制更新信息素地图步骤八：无人机按照飞蛾信息素分泌机制更新信息素地图步骤九：无人机判断当前风势状况步骤十：无人机根据局部信息素地图进行运动决策步骤十一：无人机判断当前局部信息素浓度状况步骤十二：无人机在高浓度均匀信息素场中进行运动决策步骤十三：无人机在低浓度均匀信息素场中进行运动决策步骤十四：无人机在非均匀浓度信息素场中进行运动决策步骤十五：无人机集群碰撞后移动，目标移动步骤十六：无人机判断是否锁定到目标。2.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，其特征在于：所述步骤六按照飞蛾信息素挥发机制更新信息素地图，具体过程如下：对于全局信息素地图中的任意网格，如果信息素数值pi,j为正数，则将该信息素数值减+去吸引挥发因子v，但不能使信息素数值降为负数；如果信息素数值pi,j为负，则将该信息‑素数值加上排斥挥发因子v，但不能使信息素数值增为正数；如果信息素数值pi,j为0，则该网格的信息素数值不发生变化：3.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，其特征在于：所述步骤七按照飞蛾信息素传播机制更新信息素地图，具体过程如下：无人机根据得到的集群中各个无人机的位置信息以及目标搜索设备返回的距离和角度更新信息素地图；考虑目标搜索设备特性，定义以各个无人机位置(xk,yk)为圆心，以为半径R，角度范围在[θt,k‑θt,k·δθ,θt,k+θt,k·δθ]角度范围内的扇形区域为目标信息素传播区域ROPk，信息素从目标信息素传播区域ROPk圆弧向无人机传播，将目标信息素传播区域ROPk映射到信息素地图中，当网格中心坐标(i,j)位于该扇形区域时，按照飞蛾信息素机制对该网格的信息素pi,j进行更新：2CN114138011A权利要求书2/5页其中，R_gridk为目标信息素传播区域ROPk半径对应的网格边数；Kk,1和Kk,2为扇形区域的两条边所在直线的斜率；对于信息素地图中的任一网格(i,j),1≤i≤m,1≤j≤n，如果满足如下条件，则认为该网格在无人机k的目标信息素传播区域ROPk内：信息素从目标信息素传播区域ROPk圆弧向无人机传播，距离越远，传播得到的信息素数值越低；设计如下飞蛾信息素传播机制，无人机按照该机制更新信息素地图：其中，d(i,j),k为网格(i,j)到无人机k的距离对应的网格边数，Pr为目标传播的最大信息3CN114138011A权利要求书3/5页素数值。4.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，其特征在于：所述步骤八无人机按照飞蛾信息素分泌机制更新信息素地图，具体过程如下：无人机k当前位置所在网格及其邻居网格，受到本机分泌的排斥信息素Pks的影响，更新信息素地图：5.根据权利要求1所述的一种基于飞蛾信息素机制的无人机集群目标搜索方法，其特征在于：所述步骤九无人机判断当前风势状况，具体过程如下：取无人机k