[发明专利]基于能耗公平的无人机协同侦察路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于能耗公平的无人机协同侦察路径规划方法，利用旅行商问题的算法，计算一条覆盖所有目标点的路径，使其总的能量消耗最小；利用路径分解算法将N个侦察目标点分配给K架无人机并得到每架无人机的初始路径；将每架无人机的初始路径，加上无人机从起点飞行到侦察区域的路径，构成K架无人机的闭合路径。本发明有效降低了无人机的最大能耗，提高了无人机之间能耗公平性，保证了侦察任务顺利完成。

技术领域

本发明属于无人机路径规划领域，具体为一种基于能耗公平的无人机协同侦察路径规划 方法。

背景技术

在侦察应用中，采用无人机执行侦察任务比载人飞机更经济、更安全。与此同时，高分 辨率摄像机、传感器和GPS可以安装在低成本的无人机上，保证了比地面传感器网络更好的 区域侦察效果。传统的侦察方式主要是部署静态的无人机覆盖地面网络进行侦察。但是对于 范围较大的侦察区域，需要部署的无人机数量较多，将会带来较大的开销。因此，采用动态 的无人机执行侦察任务会有效的提高侦察效率。但这就需要对无人机的路径进行规划。

现有的路径规划方法大多针对单架无人机的路径进行规划。但随着作战要求的不断提高 和防空体系的日益完善，依靠单架无人机执行侦察任务已不能满足当前需求，而以编队形式 执行任务的无人机群能有效克服单架无人机的性能缺陷，提高侦察的效能。但在实际应用中， 每架无人机能量有限，一旦能量耗尽将无法完成任务并且返回基地。因此，无人机之间的能 耗公平性问题是整个侦察任务能否成功的关键。与此同时，多无人机路径规划方法相对于单 无人机路径规划带来了新的难度，例如任务分配和无人机协同等。现有的多无人机路径规划 方法在进行路径规划、解决任务分配和协同等问题时，大多以最小化所有无人机总能耗为目 标，没有考虑多无人机之间的能耗公平性。这种方法往往可能会出现单架无人机能量消耗过 大而无法继续执行侦察任务的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于能耗公平的无人机协同侦察路径规划方法。

实现本发明目的的技术方案如下：一种基于能耗公平的无人机协同侦察路径规划方法， 包括以下步骤：

步骤1、将地面目标点网络构建为完全无向图G＝(V,E)，其中，V中的每个顶点表示要 覆盖的目标点，E中的每条边代表无人机要飞行的路径；

步骤2、利用旅行商问题的算法，计算一条覆盖所有目标点的路径，使其总的能量消耗 最小；

步骤3、利用路径分解算法将N个侦察目标点分配给K架无人机并得到每架无人机的 初始路径；

步骤4、将每架无人机的初始路径，加上无人机从起点飞行到侦察区域的路径，构成K 架无人机的闭合路径。

优选地，步骤3利用路径分解算法将N个侦察目标点分配给K架无人机并得到每架无 人机的初始路径的具体步骤为：

步骤3.1、根据步骤2得到的路径，计算运动能耗w(v_j,v_j+1)、悬停和通信能耗h(v_j)以 及总能耗W(C)，v_j∈V表示目标点；

步骤3.2、计算路径分解向量B＝(B₁,...,B_i,...,B_K)，其中K为无人机数量；