[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

说明书

本公开提供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架无人机进入同步监视模式或平衡监视模式，从而能够使多架无人机进行协同作业，扩大可巡视区域或提高巡视效果，且自主化程度高。

技术领域

本公开涉及多无人机集群控制技术领域，尤其涉及一种基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法。

背景技术

在军事和民用领域，常需要使用无人机在某一区域上空进行反复的飞行且其飞行轨迹能覆盖目标区域以完成侦察、监视、测绘、航拍等任务，我们将此类任务称之为区域巡视。

在无人机巡视领域，比如安防领域的对目标区域进行巡查监视，军用领域对敌方战场进行侦察监视等应用场景中，现有的方案中所使用的无人机大多是单架无人机，或多架无人机编队飞行。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，单架无人机的巡视区域较小，巡视效果较差，并且现有的方案大多是通过工作人员手动遥控，即使有少量的自动化巡视方案，但自主化程度不高，无法做到多架无人机协同自主飞行，现有技术中的多无人机编队算法仅实现了对轨迹的协同，没有实现对无人机相位(航向角)的协同控制，即无法实现让所有无人机做圆周运动的同时还能让它们的相位保持同步状态(所有无人机具有相同的航向角)或平衡状态(所有无人机的航向角均匀的分布在0-360°之间)。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种基于群集智能的多无人机协同区域巡视控制方法，以缓解现有技术中的无人机控制方案巡视区域小，巡视效果差，自主化程度低，无法实现对无人机相位的协同控制的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供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。

在本公开的一些实施例中，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。

在本公开的一些实施例中，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。

在本公开的一些实施例中，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。

在本公开的一些实施例中，所述步骤C中，通过线性搜索算法确定合适的步长。