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基于时空密度聚类的异构无人机集群覆盖路径规划方法
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作者 陈进朝 王洋 +3 位作者 张营 尤涛 卢岩涛 杜承烈 《电子学报》 北大核心 2025年第3期705-715,共11页
覆盖路径规划是无人机集群实现搜索、搜救等全面探测性任务的关键技术之一.当前研究往往只关注单一区域内飞行路径的设计与优化,而较少能在多区域环境中依据无人机的性能实现区域的合理分配和区域间路径的高效寻优.同时,现有方法大多采... 覆盖路径规划是无人机集群实现搜索、搜救等全面探测性任务的关键技术之一.当前研究往往只关注单一区域内飞行路径的设计与优化,而较少能在多区域环境中依据无人机的性能实现区域的合理分配和区域间路径的高效寻优.同时,现有方法大多采用同构无人机集群来执行覆盖路径规划任务,忽略了无人机个体的能力差异,致使集群资源利用率不足且难以适应任务与环境的不确定性变化.本文聚焦于异构无人机集群在多区域上的覆盖路径规划问题.首先,构建了具有异构特性的无人机模型,分析了覆盖路径规划问题的路径要求和能耗约束,并以最小化任务完成时间为目标,给出了基于混合整数线性规划的精确求解公式,以获得无人机集群的最佳飞行路径方案.随后,进一步提出了一种基于时空密度聚类的启发式算法来提高覆盖路径规划问题的求解效率,依据区域在时间和空间上的密度进行汇聚,形成各个无人机待覆盖的区域簇,并优化簇内区域间的覆盖顺序和区域内的扫描路径,以保证覆盖任务的高效完成.实验结果表明,所提出方法可在较短时间内产生有效的飞行路径,且路径长度可缩短10.55%、任务完成时间可降低5.47%. 展开更多
关键词 覆盖路径规划 异构无人机集群 时空密度 密度聚类 混合整数线性规划
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复杂环境下异构无人机集群协同目标搜索方法 被引量:4
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作者 马婷钰 江驹 +1 位作者 张哲 向星宇 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2024年第6期1-7,共7页
为实现无人机集群高效且精准的多目标搜索,考虑集群成员中探测范围广的高空无人机和机动能力较强的低空无人机,提出了一种新颖的异构无人机集群协同目标搜索方法,根据不同无人机的特性快速实现区域搜索以及多目标的精准搜索。高空无人... 为实现无人机集群高效且精准的多目标搜索,考虑集群成员中探测范围广的高空无人机和机动能力较强的低空无人机,提出了一种新颖的异构无人机集群协同目标搜索方法,根据不同无人机的特性快速实现区域搜索以及多目标的精准搜索。高空无人机采用基于数字信息素的区域搜索算法确定目标存在区域,在较短时间内实现区域覆盖。低空无人机在其指引下前往目标区域,并根据目标信号强度采用改进狼群算法实现对目标的精准搜索。对于传统狼群算法信息共享不足、步长固定和易陷入局部最优的问题,采用粒子群算法、自适应参数调整和差分进化方法进行改进,提高了算法的全局寻优能力和收敛速度。仿真实验证明了所提出的模型与方法在复杂环境下目标搜索任务中的有效性和优越性。 展开更多
关键词 异构无人机集群 高低空协同 多目标搜索 数字信息素 改进狼算法
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面向复杂多任务的异构无人机集群分组调配 被引量:3
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作者 高程 都延丽 +2 位作者 步雨浓 刘燕斌 王宇飞 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期972-981,共10页
针对复杂多任务下的异构无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群分组调配问题,提出一种基于改进K均值和延迟接受(deferred-acceptance,DA)算法的先聚类后匹配方法。在任务聚类分组环节,通过离群点检测和固定初始聚类中心的方法来提高K... 针对复杂多任务下的异构无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)集群分组调配问题,提出一种基于改进K均值和延迟接受(deferred-acceptance,DA)算法的先聚类后匹配方法。在任务聚类分组环节,通过离群点检测和固定初始聚类中心的方法来提高K-means聚类的精度,并设计余量裕度下的分组均衡性调整策略,在最优性的前提下提高分组的均衡性。在集群匹配分组环节,改进了DA算法,通过任务倾向的偏好列表快速生成预中选方案,并设计两阶段冲突消除来保证匹配的稳定性和收敛性。仿真实验表明,所提方法能够快速有效地解决复杂多任务下的UAV集群分组调配问题,具备良好的最优性和时效性。 展开更多
关键词 异构无人机集群 分组调配 聚类 延迟接受算法 稳定匹配
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基于动态一致性联盟算法的异构无人机集群协同作战联盟组建 被引量:1
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作者 潘子双 苏析超 +3 位作者 韩维 柳文林 郁大照 汪节 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3177-3190,共14页
动态未知乃至对抗条件下的异构无人机集群协同作战联盟组建是无人机集群实际作战运用的重要一环。构建以动态一致性联盟算法(Dynamic Consensus-based Grouping Algorithm,DCBGA)为核心的无人机集群决策控制流程框架。为无人机集群设计... 动态未知乃至对抗条件下的异构无人机集群协同作战联盟组建是无人机集群实际作战运用的重要一环。构建以动态一致性联盟算法(Dynamic Consensus-based Grouping Algorithm,DCBGA)为核心的无人机集群决策控制流程框架。为无人机集群设计通信受限条件的通信组网模型,并引入动态自适应机制,以有效应对高动态任务场景;基于“作战环”理论,对网络架构下的异构单元非线性作战效能聚合效果进行描述,并纳入全局效益函数,牵引异构无人机协同作战联盟组建;将联盟组建过程划分为目标选择、一致性和信息与状态更新三个阶段,采用动态一致性联盟算法支撑无人机集群自下而上完成各阶段的信息决策控制。仿真结果表明,新构建的算法体系可以有效推动异构无人机集群实现作战联盟组建,完成协同打击作战任务,具有较好的动态适应性及规模扩展性,在对抗环境下展现出良好的韧性。 展开更多
关键词 异构无人机集群 联盟组建 作战效能 分布式 一致性 韧性
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一种未知动态环境下异构无人机集群分布式联盟形成方法 被引量:5
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作者 郑红星 郭继峰 +1 位作者 谢旭东 颜鹏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期189-197,共9页
针对未知动态环境下异构无人机集群的分布式联盟形成问题,首先构建了异构无人机集群的联盟任务自动机,实现了异构无人机集群在未知动态环境下的自主任务协调。在此基础之上,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的分布式联盟形成算法,该算法通... 针对未知动态环境下异构无人机集群的分布式联盟形成问题,首先构建了异构无人机集群的联盟任务自动机,实现了异构无人机集群在未知动态环境下的自主任务协调。在此基础之上,提出了一种基于蒙特卡洛树搜索的分布式联盟形成算法,该算法通过两阶段的蒙特卡洛树搜索来增量式地对联盟结构进行分布式优化,算法可在分布式框架下实施,并在任意时间内终止返回当前的最优解。最后,仿真实验表明,提出的算法可有效处理异构无人机集群在未知动态环境下的分布式联盟形成问题,并在较大规模的联盟形成问题中仍能保持较优的性能表现。 展开更多
关键词 异构无人机集群 分布式联盟形成 蒙特卡洛树搜索 分布式协同控制 未知环境
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无人飞行器集群自主控制:基于联盟形成博弈的任务分配 被引量:1
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作者 姜斌 马亚杰 薛舒心 《自动化学报》 北大核心 2025年第5期942-959,共18页
针对复杂多约束条件下异构无人飞行器集群问题,提出一种基于联盟形成博弈的分布式任务预分配和重分配方法.考虑时效性、同时性等耦合约束条件,引入准确的能耗模型建立任务分配模型,利用联盟形成博弈将任务分配问题转化为联盟划分问题,... 针对复杂多约束条件下异构无人飞行器集群问题,提出一种基于联盟形成博弈的分布式任务预分配和重分配方法.考虑时效性、同时性等耦合约束条件,引入准确的能耗模型建立任务分配模型,利用联盟形成博弈将任务分配问题转化为联盟划分问题,并设计一种无故障条件下的分布式任务预分配方法,降低任务分配求解的复杂度,同时提高最终解的平均质量;进一步,针对无人机故障问题,准确分析健康无人机的运动模型,合理划分重分配范围,基于任务预分配结果设计重分配算法.仿真结果证明了所提分布式任务预分配与重分配方法在不同场景下的实时性和有效性. 展开更多
关键词 联盟形成博弈 异构无人机集群 任务分配 重分配 无人机能耗
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基于时空混成Petri网的无人机集群行为建模方法 被引量:3
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作者 卢楠 王晓东 +1 位作者 唐政 何佩 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期812-818,共7页
越来越广泛应用的无人机集群作战在信息化全球新军事变革中受到高度关注,集群一体化建模对作战模式的测试验证具有重要的意义和价值。结合作战场景的建模仿真需求,以异构无人机集群协同作战过程为研究对象,从无人机单体建模入手,在单体... 越来越广泛应用的无人机集群作战在信息化全球新军事变革中受到高度关注,集群一体化建模对作战模式的测试验证具有重要的意义和价值。结合作战场景的建模仿真需求,以异构无人机集群协同作战过程为研究对象,从无人机单体建模入手,在单体作战过程形式化和数学描述的基础上,基于时空混成Petri网描述异构无人机集群系统的离散状态和连续过程,有效解决了集群系统中物理、计算过程的融合问题和交互事件建模问题。选取UPPAAL对无人机集群打击任务建模进行形式化验证,表明所提建模方法可行、有效。 展开更多
关键词 异构无人机集群 时空混成Petri网 建模 形式化验证
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