多无人机协同侦察任务规划方法研究综述
发布时间：2021-10-16 21:21
由于军事侦察任务的复杂性不断提高,且侦察方式逐渐向多无人机协同的方向发展,而任务规划是无人机执行侦察任务的关键技术,因此研究多无人机协同侦察任务规划方法具有重要意义。根据侦察对象的不同将其分为"点对点"协同侦察和"点对面"协同侦察两种任务模式。对于"点对点"协同侦察,对其目标分配算法与航迹规划算法的原理、优势与不足及改进方法进行了分析,介绍了航迹平滑的常用方法。对于"点对面"协同侦察,从环境信息是否可知的角度对当前的侦察方法进行了分析并总结。最后指出了未来多无人机协同侦察的发展趋势为多无人机携带多种载荷对环境未知的区域进行多角度覆盖侦察。
【文章来源】：电讯技术. 2019,59(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
向点平滑示意图绕点平滑是一种不经过原规划航路点的平滑方
效转弯半径，以及飞过航路点时的航向，确保了平滑后的航迹满足无人机的机动性能。图1压点平滑示意图向点平滑与压点平滑相似，也是一种经过原规划的航路点的平滑方式，但是该平滑方式需要指定到达该航路点的切入角ψN。如图2所示，图中虚线代表原航路，实线则是按向点平滑方式得到的新航路，其中航路点N为转弯圆弧的末端，圆弧所在圆周半径为无人机的最小或有效转弯半径，切入角ψN为无人机的经过航路点时的应飞航向。图2向点平滑示意图绕点平滑是一种不经过原规划航路点的平滑方式，如图3所示，平滑时，无人机不需要飞过航路点N，只需沿着以航路点N为圆心的圆弧飞行即可，一般适用于需要在目标点区域进行盘旋侦察的场合，或者飞行航路中需要快速调转方向的区域。图3绕点平滑示意图3点对面协同侦察“点对面”协同侦察即要求无人机在一定约束条件下能够将待搜索区域无遗漏进行覆盖侦察。相比于单无人机区域覆盖，多无人机区域覆盖可以显著提高其覆盖效率和可靠性［42］。覆盖效率的提高是因为多无人机工作时，可以减少整个侦察任务的执行时间。可靠性就是当多无人机执行任务中某架无人机失效或毁坏时，可以对剩下的任务区以及剩下的无人机进行重新规划，仍然可以完成区域覆盖任务。目前，关于区域覆盖侦察任务规划问题的研究较多，主要集中在机器人领域［43］，但是针对多无人机区域覆盖领域有待进一步研究。多无人机协同区域覆盖侦察根据环境的已知情况可以分为环境已知的覆盖侦察和环境未知的覆盖侦察［44］。3．1已知环境在环境已知条件下，无人机可以基于环境地图信息根据规划好的覆盖路径遍历目标区域。对于多?
??蚋?盖，最后在对每架无人机规划出能够遍历整个任务区域的航迹即可［45］。3．1．1最佳覆盖路线的确定在进行区域覆盖侦察时，目前采用的方法主要有平行线式［46－47］和内螺旋式［48］两种方式。由于无人机性能的约束，文献［49］从能量、路程、时间角度证明了转弯过程比直线飞行过程的效率要低，而内螺旋式侦察大部分时间都是在做机动转弯，所以目前大部分的研究都是基于平行线式的侦察。即使利用平行线式侦察，但在遇到任务区边界时，也避免不了要进行转弯，如图4(a)和(b)所示，直线路程都为56个单位，但是明显图(a)的覆盖方式比图(b)多了3次转弯，所以为了提高侦察效率，应选择转弯次数少的侦察路线，即让无人机沿垂直任务区宽度的方向用平行线式侦察进行区域覆盖，如图4(b)所示。图4搜索方向示意图3．1．2区域分割方式目前对于区域分割的研究大致集中在以下三方面:第一，以寻求最少转弯次数和为导向，进而转化为求解子区域最小宽度和问题进行区域分割。如文献［50］为了获得每个子区域中的最小转弯次数，将·547·第59卷庞强伟，胡永江，李文广，等:多无人机协同侦察任务规划方法研究综述第6期
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Voronoi图的无人机航路改进规划[J]. 史红玉,刘淑芬. 吉林大学学报(理学版). 2018(04)
[2]多无人机模糊多目标分布式地面目标协同追踪[J]. 胡超芳,杨娜,王娜. 控制理论与应用. 2018(08)
[3]无人机多机协同侦察系统关键技术[J]. 刘慧霞,马丽娜,李大健,田雪涛,席庆彪. 火力与指挥控制. 2017(12)
[4]基于人工势场法的多无人机航迹规划[J]. 郭忠同,扈宏杰. 自动化应用. 2017(09)
[5]群机器人区域覆盖方法研究[J]. 李冠男,董凌艳,徐红丽,林扬. 机器人. 2017(05)
[6]基于改进遗传算法的多机协同多目标分配方法[J]. 王庆贺,万刚,柴峥,李登峰. 计算机应用研究. 2018(09)
[7]基于多策略混合人工鱼群算法的移动机器人路径规划[J]. 黄宜庆,彭凯,袁梦茹. 信息与控制. 2017(03)
[8]基于改进粒子群算法的无人机三维航迹规划[J]. 方群,徐青. 西北工业大学学报. 2017(01)
[9]基于改进蜂群算法的机器人路径规划[J]. 王东云,徐艳平,瞿博阳. 计算机系统应用. 2017(02)
[10]基于人工鱼群粒子滤波的信号源定位[J]. 杜太行,赵黎媛,江春冬,于晗. 电讯技术. 2016(12)
本文编号：3440513
【文章来源】：电讯技术. 2019,59(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
向点平滑示意图绕点平滑是一种不经过原规划航路点的平滑方
效转弯半径，以及飞过航路点时的航向，确保了平滑后的航迹满足无人机的机动性能。图1压点平滑示意图向点平滑与压点平滑相似，也是一种经过原规划的航路点的平滑方式，但是该平滑方式需要指定到达该航路点的切入角ψN。如图2所示，图中虚线代表原航路，实线则是按向点平滑方式得到的新航路，其中航路点N为转弯圆弧的末端，圆弧所在圆周半径为无人机的最小或有效转弯半径，切入角ψN为无人机的经过航路点时的应飞航向。图2向点平滑示意图绕点平滑是一种不经过原规划航路点的平滑方式，如图3所示，平滑时，无人机不需要飞过航路点N，只需沿着以航路点N为圆心的圆弧飞行即可，一般适用于需要在目标点区域进行盘旋侦察的场合，或者飞行航路中需要快速调转方向的区域。图3绕点平滑示意图3点对面协同侦察“点对面”协同侦察即要求无人机在一定约束条件下能够将待搜索区域无遗漏进行覆盖侦察。相比于单无人机区域覆盖，多无人机区域覆盖可以显著提高其覆盖效率和可靠性［42］。覆盖效率的提高是因为多无人机工作时，可以减少整个侦察任务的执行时间。可靠性就是当多无人机执行任务中某架无人机失效或毁坏时，可以对剩下的任务区以及剩下的无人机进行重新规划，仍然可以完成区域覆盖任务。目前，关于区域覆盖侦察任务规划问题的研究较多，主要集中在机器人领域［43］，但是针对多无人机区域覆盖领域有待进一步研究。多无人机协同区域覆盖侦察根据环境的已知情况可以分为环境已知的覆盖侦察和环境未知的覆盖侦察［44］。3．1已知环境在环境已知条件下，无人机可以基于环境地图信息根据规划好的覆盖路径遍历目标区域。对于多?
??蚋?盖，最后在对每架无人机规划出能够遍历整个任务区域的航迹即可［45］。3．1．1最佳覆盖路线的确定在进行区域覆盖侦察时，目前采用的方法主要有平行线式［46－47］和内螺旋式［48］两种方式。由于无人机性能的约束，文献［49］从能量、路程、时间角度证明了转弯过程比直线飞行过程的效率要低，而内螺旋式侦察大部分时间都是在做机动转弯，所以目前大部分的研究都是基于平行线式的侦察。即使利用平行线式侦察，但在遇到任务区边界时，也避免不了要进行转弯，如图4(a)和(b)所示，直线路程都为56个单位，但是明显图(a)的覆盖方式比图(b)多了3次转弯，所以为了提高侦察效率，应选择转弯次数少的侦察路线，即让无人机沿垂直任务区宽度的方向用平行线式侦察进行区域覆盖，如图4(b)所示。图4搜索方向示意图3．1．2区域分割方式目前对于区域分割的研究大致集中在以下三方面:第一，以寻求最少转弯次数和为导向，进而转化为求解子区域最小宽度和问题进行区域分割。如文献［50］为了获得每个子区域中的最小转弯次数，将·547·第59卷庞强伟，胡永江，李文广，等:多无人机协同侦察任务规划方法研究综述第6期
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Voronoi图的无人机航路改进规划[J]. 史红玉,刘淑芬. 吉林大学学报(理学版). 2018(04)
[2]多无人机模糊多目标分布式地面目标协同追踪[J]. 胡超芳,杨娜,王娜. 控制理论与应用. 2018(08)
[3]无人机多机协同侦察系统关键技术[J]. 刘慧霞,马丽娜,李大健,田雪涛,席庆彪. 火力与指挥控制. 2017(12)
[4]基于人工势场法的多无人机航迹规划[J]. 郭忠同,扈宏杰. 自动化应用. 2017(09)
[5]群机器人区域覆盖方法研究[J]. 李冠男,董凌艳,徐红丽,林扬. 机器人. 2017(05)
[6]基于改进遗传算法的多机协同多目标分配方法[J]. 王庆贺,万刚,柴峥,李登峰. 计算机应用研究. 2018(09)
[7]基于多策略混合人工鱼群算法的移动机器人路径规划[J]. 黄宜庆,彭凯,袁梦茹. 信息与控制. 2017(03)
[8]基于改进粒子群算法的无人机三维航迹规划[J]. 方群,徐青. 西北工业大学学报. 2017(01)
[9]基于改进蜂群算法的机器人路径规划[J]. 王东云,徐艳平,瞿博阳. 计算机系统应用. 2017(02)
[10]基于人工鱼群粒子滤波的信号源定位[J]. 杜太行,赵黎媛,江春冬,于晗. 电讯技术. 2016(12)
本文编号：3440513
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