[发明专利]基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法

权利要求书

1.一种基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，使N架无人机在各自的目标位置做圆周运动，最终实现对目标区域的协同覆盖巡视，且达到稳定状态时，N架所述无人机进入同步监视模式或平衡监视模式，N≥2，包括：

步骤A：对巡视区域分割，控制N架无人机飞往各自指定位置；

步骤B：建立目标方程，使该目标方程取得极小值时，N架所述无人机的相位达到期望的相位分布；

步骤C：确定该目标方程在求取极小值过程中的下降方向和步长，并根据期望的相位分布，确定N架所述无人机的控制率；

步骤D：基于下降方向与步长，迭代计算所述控制率，并将所述控制率发送至N架所述无人机；

步骤E：重复步骤C至步骤D，直至终止协同巡视模式；

其中，所述步骤B中，所述目标方程如下式所示：

其中，θ＝[θ₁，...，θ_N]^T，θ的每一个元素是每个所述无人机的相位角，当到达其惟一的极大值点时，N架所述无人机的相位角相同；当到达其惟一极小值点时，N架所述无人机的相位平衡。

2.根据权利要求1所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，所述步骤C中，基于BFGS方法，确定该目标方程在求取极小值过程中的下降方向。

3.根据权利要求2所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，所述步骤C中，该目标方程在求取极小值过程中的下降方向如下式所示：

其中，k表示第k次采集时刻。

4.根据权利要求3所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，所述步骤C中，通过线性搜索算法确定合适的步长。

5.根据权利要求4所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，通过线性搜索算法确定合适的步长，包括：

确定a₁∈(0，1)，α∈(0，1)，令j＝0；

迭代j值，令j＝j+1，直至f(x_k+α^jd_k)≤f(x_k)+a₁α^jg^T(x_k)d_k；

迭代结束，令α_k＝α^j。

6.根据权利要求5所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，所述步骤C中：

同步监视模式下的控制率如下式所示：

平衡监视模式下的控制率如下式所示：

其中，ω₀＝[ω₁，...，ω_N]^T，用于设定N架所述无人机的角速度。

7.根据权利要求6所述的基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，所述步骤D包括：

步骤D1：算法初始化，包括：获取N架所述无人机的初始相位、设定巡航速度、期望角速度ω₀以及对称正定矩阵B_k初始值B₀＝I_n；

步骤D2：在迭代计算过程中根据下式更新B_k：

其中，s_k＝x_k+1-x_k，y_k＝g_k+1-g_k，B_k是一个n×n对称正定矩阵；

步骤D3：确保B_k+1的正定性，并避免其接近奇异值。