[发明专利]带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用多无人机对一片未知区域的目标进行搜索，并对搜索到的目标进行目标分配的方法，属于协同控制和通信技术领域。 

背景技术

多无人机协同目标分配问题是多无人机协同控制的重要内容之一，是任务分配的一种特殊情况，可以应用于灾害中的人员搜索、定位等方面，国内外的研究十分广泛。钱艳平等人在《基于合同网的无人机协同目标分配方法》中提出了一种使用基于合同网的目标分配方法。首先建立目标分配问题的数学模型，在初始分配的基础上，使用基于合同网的目标分配方法，引入负载系数参数，通过迭代执行买卖合同与交换合同实现任务的合理分配。 

该方法没有考虑通信约束对目标分配的影响，而保证通信是多无人机协同的基本要素。多无人机在目标分配过程中需要通信，一架无人机只能向在其通信距离范围内的无人机发送信息，同时需要满足通信角度限制等约束。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法，控制多无人机对一片未知区域的目标进行搜索，在考虑通信约束条件影响的情况下，对搜索到的目标进行目标分配，并由分配目标的无人机飞至目标进行目标确认，使多无人机能够协同完成对多目标的搜索和确认任务。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤： 

步骤1：设置无人机的初始位置为(x_i,y_i)，i＝1,2,…,n，其中n是无人机的数量；设置目标的初始位置为(x^j,y^j)，j＝1,2,…,m，其中m是目标的数量；设置无人机的最大探测距离r_s、最大通信距离r_c和通信角度约束θ_c；设置无人机的初始状态设置为空闲，目标初始状态设置为空闲，发现目标数量初始值为0； 

步骤2：设定计数器初始值为1； 

步骤3：判断无人机i是否发现目标j，即若是，转到步骤4；若否，转到步骤6； 

步骤4：判断目标j状态是否为空闲，若是，转到步骤5；若否，转到步骤6； 

步骤5：判断无人机i状态是否为空闲，若是，转到步骤7；若否，转到步骤10； 

步骤6：无人机i继续执行搜索任务，前进一个算法的执行步长，转到步骤12； 

所述的执行搜索任务是以随机搜索的方式对任务区域内的目标进行搜索，无人机在任务区域内以航向角沿直线飞行，直到到达搜索边界时，无人机转弯，再次进入搜索区域，按照运动模型得到以一个新的航向角，继续沿直线飞行； 

所述的运动模型是在无人机的飞行速度和高度保持恒定的二维平面内： 

其中，v是无人机的速度，是无人机的航向角，g是重力加速度，n₀是无人机的过载，n_x、n_y是n₀在x方向和y方向的分量，无人机在飞行时所承受的过载不能超过额定最大值，无人机在转弯时始终以最小转弯半径R_min转弯； 

步骤7：判断无人机i通信约束内是否有其他无人机，若是，向通信约束内的其他无人机发送数据串P，然后接收来自它们返回的数据串Q，转到步骤8；若否，转到步骤9； 

所述的通信约束是限定无人机间通信必须限制在通信距离r_c和通信角度θ_c范围内； 

所述的数据串P为其中，A_i表示发现目标的无人机序号，T_k表示发现的目标序号，包含目标的坐标信息，t为发现时间，为无人机i飞到目标k的代价， 

其中，d是搜索区域的宽度，α是距离和角度的权重系数； 

当无人机j接收到无人机i的信息后，将返回数据串

步骤8：判断无人机i飞往发现目标j的代价是否最小，若是，转到步骤9；若否，将目标分配给代价最小的无人机，转到步骤6； 

步骤9：将发现的目标j分配给无人机i，无人机i和目标j的状态改为忙碌； 

步骤10：无人机i向目标j前进一个步长； 

步骤11：判断无人机i是否确认目标j，即若是，无人机i状态改为空闲，发现目标数量值加1，转到步骤12；若否，直接转到步骤12；其中，r₀是允许到达误差； 

步骤12：计数器值加1，判断计数器值是否不大于n，若是，转到步骤3；若否，转到步骤13；