發(fā)布時間：2020-04-15 18:34

【摘要】：對未知區(qū)域進行覆蓋偵察及目標搜索是無人機主要應(yīng)用之一,相比單架次無人機,集群系統(tǒng)在這方面更具優(yōu)勢�？紤]實際任務(wù)類型、環(huán)境因素,以及無人機自身動態(tài)等復(fù)雜情況下,實現(xiàn)無人機之間的協(xié)同控制,并以高效率低代價完成偵察和目標搜索任務(wù)是無人機集群需要解決的主要問題,也是近年來該領(lǐng)域研究的熱點和難點問題。本文基于上述需求進行研究,主要工作與貢獻如下:將未知區(qū)域偵察與目標搜索任務(wù),分解為覆蓋問題與搜索問題。建立了基于中心Voronoi構(gòu)型的多無人機區(qū)域覆蓋模型,實現(xiàn)了局部最優(yōu)部署,解決了多機任務(wù)協(xié)同時的機制問題。該模型特點如下:第一,集群采用完全分布式控制,其動態(tài)系統(tǒng)是基于(子)最優(yōu)解不斷的進化而成;第二,定義了隨時空變化的不同傳感器性能函數(shù)以及分布密度函數(shù),便于根據(jù)實際應(yīng)用場景選擇不同的傳感器函數(shù)類型從而更靈活的運用此模型;第三,可處理非凸環(huán)境以及集群異質(zhì)問題,即模型中所指傳感器可具有不同形式的載體(如無人機、無人車等),確保良好的兼容性。設(shè)計了 一種基于概率地圖信息更新融合的多機協(xié)同搜索策略,對于一組具有有限傳感和通信范圍的無人機,實現(xiàn)了在未知環(huán)境下對多個地面目標的搜索。首先,每架無人機與通信范圍內(nèi)的鄰居組成員相互傳送并共享局部目標信息,并以分布式方法控制其自身行為。其次,分析了三維動態(tài)環(huán)境下因無人機的高度變化而導致的時變檢測對概率地圖不確定性信息產(chǎn)生的影響,引入目標運動和隨機消失出現(xiàn)等環(huán)境變化導致的任務(wù)單元之間的信息變化因素,完善了搜索模型。再次,在搜索算法中設(shè)計了優(yōu)化函數(shù),該函數(shù)綜合了任務(wù)效率以及飛行代價,可提高區(qū)域覆蓋性和目標檢測性能。在各無人機均處于未知區(qū)域任意位置的假定條件下,不能采用傳統(tǒng)的地毯式或螺旋式搜索,因此本文的方法與有先驗信息、有確定終點的常規(guī)航路規(guī)劃方法相比,具有更大難度和更好的普適性。最后,根據(jù)以上兩階段的理論工作基礎(chǔ),基于Matlab仿真平臺,采用C語言開發(fā)了多機協(xié)同目標搜索核心算法、性能比較函數(shù)等,進行了 2架次、6架次和18架次無人機在未知環(huán)境中偵察和搜索的仿真驗證。此外,對有障礙與無障礙的未知環(huán)境下的無人機集群搜索能力做了對比實驗,驗證了該系統(tǒng)對復(fù)雜環(huán)境的魯棒性。
【圖文】：

圖１．２層級結(jié)構(gòu)逡逑算法逡逑的關(guān)鍵問題有以下三個：信息共享，任務(wù)分配以及沖突解享是協(xié)同的必要條件，深入理解多無人機之間的信息流和共協(xié)同系統(tǒng)的關(guān)鍵［１５】。首先，定義信息的內(nèi)容（可包含無人標、控制算法等）。然后，選擇如何傳送信息（可通過無線。逡逑換拓撲由多無人機的拓撲結(jié)構(gòu)決定，這方面目前已存在廣泛表示［｜７，１８］。有向圖是利用圖論分析變換拓撲的一種方法，，即，，兩個節(jié)點之間的邊表示通信能力。在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，所有無間的距離也隨時間而變化，該多無人機系統(tǒng)對應(yīng)于時變信

因為如果目標位于該區(qū)域的稀疏位置，則丟失目標的風險更高。仿真結(jié)論逡逑表明，在目標數(shù)量超過機器人數(shù)量的情況下，該算法比其他算法表現(xiàn)得更好。如逡逑圖２．１所示，感知范圍（可以直接定位目標的范圍）、預(yù)測跟蹤范圍（其他機器逡逑人定位的目標可以影響其運動的范圍）、通信范圍（與其他機器人通信的范圍）。逡逑機器人６能知道兩種類型的目標：直接感知（如久）和通過預(yù)測跟蹤的虛擬感知逡逑（如邋Ｏｙ）ｏ逡逑邐邐＜邐通信范圍逡逑Ｘ邐、預(yù)＿圍逡逑／／邋．．．一．．．．邋ｖ邋＼逡逑／邐知范圍＼逡逑ｋ、、、，．邋．ｉｄ逡逑■機器人逡逑邐▲目標逡逑圖２．１第ｉ個機器人７７定義的范圍逡逑２．３搜索任務(wù)分類逡逑目標形狀可能隨時間而變化，但在某種程度上是固定的，并且可以作為環(huán)境逡逑１２逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279

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