西安电子科技大学郑纪彬获国家专利权
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龙图腾网获悉西安电子科技大学申请的专利一种无人机集群分布式协同目标搜索方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115185297B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-29发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210930590.2,技术领域涉及:G05D1/46;该发明授权一种无人机集群分布式协同目标搜索方法是由郑纪彬;丁明慧;刘宏伟设计研发完成,并于2022-08-04向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种无人机集群分布式协同目标搜索方法在说明书摘要公布了:本发明属于无人机集群技术领域,提出了一种无人机集群分布式协同目标搜索方法,实现步骤为:1构建无人机集群分布式协同目标搜索场景并初始化参数;2建立每架无人机的搜索成本函数;3令决策时刻k=1,并令目标存在信息信息素含量4每架无人机基于融合遗传操作的分布式随机搜索算法求解最优控制输入矩阵;5获取无人机集群分布式协同目标搜索结果。本发明在每一个决策时刻基于融合遗传操作的分布式随机搜索算法求解最优控制输入矩阵,每架无人机不仅考虑使自身利益最大化的解,还考虑其它可能带来更大集群利益的解,有效提升了无人机集群的搜索效率。
本发明授权一种无人机集群分布式协同目标搜索方法在权利要求书中公布了:1.一种无人机集群分布式协同目标搜索方法,其特征在于,包括如下步骤: 1构建无人机集群分布式协同目标搜索场景并初始化参数: 1a构建包括地面被均匀划分为M个栅格G={G1,G2,...,Gm,...,GM}的矩形任务区域Ω、分布在Ω内的一个或多个目标,以及分布在空间同一水平面上的I架无人机U={U1,U2,...Ui,...UI}的无人机集群分布式协同目标搜索场景,其中,M≥4,Gm表示第m个栅格,I≥2,Ui表示第i架无人机; 1b初始化每架无人机Ui的可行速度范围为可行航向偏转角范围为决策时刻为k,最大决策时刻为K,k时刻每架无人机Ui的位置为μik、航向为k时刻每架无人机Ui存储的目标存在信息集合为信息素含量集合为目标存在信息门限为Qmin,先验目标存在概率集合为Po={p1,p2,...,pm,...,pM},先验信息素含量为S0={s1,s2,...,sm,...,sM},其中,表示在中随机选取的X个不同可行速度构成的集合,1<X<5,表示在中随机选取的Z个不同可行航向偏转角构成的集合,2<Z<6,分别表示每架无人机Ui的最小可行速度、最大可行速度、最大可行航向偏转角,分别表示k时刻Gm对应的目标存在信息、信息素含量,表示k时刻无人机Ui存储的目标存在概率,pm、sm分别表示Gm对应的先验目标存在概率、先验信息素含量,0<pm<1,sm≥0; 1c初始化融合遗传操作的分布式随机搜索算法的迭代次数为t,最大迭代次数为T,进行交叉操作和变异操作的周期为ROUNDGA,其中,300≤T≤400,8<ROUNDGA<12; 2建立每架无人机的搜索成本函数: 2a建立每架无人机Ui由从k时刻到k+H-1时刻的速度序列Vik和航向偏转角序列ΔΦik构成的控制输入矩阵Wik: Wik=[Vik,ΔΦik]T Vik=[vik,vik+1,...,vik+h-1,...,vik+H-1] 其中,H表示预测时域长度,2≤H≤4,k+h-1表示预测时刻,1≤h≤H,vik+h-1、分别表示Ui在k+h-1时刻的速度、航向偏转角; 2b建立以k时刻每架无人机Ui的控制输入矩阵Wik为决策变量、以k时刻每架无人机Ui通信半径RC内的Jik架无人机组成的Ui的邻居集合对应的控制输入矩阵集合Wi′k为参数的搜索成本函数fiWik,Wi′k,其中,Ui,jk表示k时刻无人机Ui的第j个邻居; 3令决策时刻k=1,并令目标存在信息信息素含量 4每架无人机基于融合遗传操作的分布式随机搜索算法求解最优控制输入矩阵: 4a令迭代次数t=1,每架无人机Ui将分别从可行速度范围可行航向偏转角范围随机选取的R×H个可行速度、可行航向偏转角组成的R个控制输入矩阵组成第t次迭代的父代控制输入矩阵序列Wik,t=[W1ik,t,W2ik,t,...,Wrik,t,...,WRik,t],其中,8<R<12; 4b每架无人机Ui判断t是否能被ROUNDGA整除,若是,执行步骤4c;否则,基于分布式随机搜索算法对每个父代控制输入矩阵Wrik,t进行更新,得到子代控制输入矩阵组成子代控制输入矩阵序列并执行步骤4d; 4c每架无人机Ui判断Jik<Ji,jk是否成立,若是,对父代控制输入矩阵序列Wik,t进行交叉操作,并对交叉后的控制输入矩阵序列进行变异操作,得到子代控制输入矩阵序列否则,将父代控制输入矩阵序列Wik,t作为子代控制输入矩阵序列其中,Ji,jk表示k时刻无人机Ui的第j个邻居Ui,jk的邻居数目; 4d每架无人机Ui判断t=T是否成立,若是,对目标存在信息和信息素含量分别进行更新,得到的更新结果和的更新结果并将k时刻第T次迭代的子代控制输入矩阵序列中的第一项作为k时刻的最优控制输入矩阵否则,令t=t+1,并执行步骤4b; 5获取无人机集群分布式协同目标搜索结果: 判断k=K是否成立,若是,计算栅格Gm的平均目标存在信息平均目标存在信息少于目标存在信息门限Qmin的栅格组成存在目标的栅格集合G*作为无人机集群分布式协同目标搜索结果,否则,将最优控制输入矩阵中第一行第一列和第二行第一列的元素分别作为k时刻无人机Ui的速度和航向偏转角,并令k=k+1,再执行步骤4,其中,的计算公式为:
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