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专利号: 2023108560142
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机集群控制方法,其特征在于,所述方法包括:

获取无人机集群信息和需要巡检的高空探测气球的属性信息;其中无人机集群信息包括无人机集群位置;所述属性信息包括高空探测气球的位置、巡检时间、图像拍摄分辨率以及无人机集群在飞行过程中的平稳性信息属性;

基于无人机集群信息和需要巡检的高空探测气球的属性信息,采用无人机路径规划算法生成初始的无人机巡检方案;

以迭代次数达到预设的迭代次数阈值为目标,执行以下迭代步骤,得到多个无人机巡检方案,其中所述迭代步骤包括:从无人机巡检方案中每个无人机的路径中随机选取一个高空探测气球以构成新的高空探测气球集合;针对新的高空探测气球集合,采用所述无人机路径规划算法生成新的无人机巡检方案;

计算每个无人机巡检方案的评估值;

根据评估值最小的无人机巡检方案进行无人机集群控制;

所述无人机路径规划算法采用双向长短期记忆层的网络单元和CNN网络单元;所述双向长短期记忆层的网络单元,用于根据无人机集群位置和需要巡检的高空探测气球的属性信息提取得到具有t序列无人机预设路径信息的特征;所述CNN网络单元,用于根据具有t序列无人机预设路径信息的特征,确定最优路径;

所述双向长短期记忆层的网络单元,用于根据无人机集群位置和需要巡检的高空探测气球的属性信息提取得到具有t序列无人机预设路径信息的特征,包括:给定分配的无人机序列 和待任务序列 待

执行任务序列位置信息,设第i架无人机的初始位置信息为 第j个任务点位置为则各无人机与任务点之间的路径距离 表示为:式中:||·||表示二范数:i=1,...,NU,j=1,...,NT;NU为无人机的总数量,NT为任务点的总数量;

所有无人机对各个任务点的路径距离Γm表示为NU×NT的矩阵 为其中的元素,m表示当前路径的位置点;

在信息特征提取网络的输出特征向量ΙH作为序列生成网络的隐藏状态输入 使得ΙH能够对每一次的生成序列提供约束;随后设定初始化输入x1=NU+1,网络计算如下式:xt+1=Ot

式中:Wz,Wr为网络参数,σ(·)为sigmoid;整个计算流程表示为一个BiLSTM单元,设置t时刻输入数据为xt,隐藏状态输入为 其中xt为上一个时刻BiLSTM单元计算的结果,为上一个时刻BiLSTM单元计算得到的隐藏状态输出;将xt、 代入到上式计算得到该时刻的隐藏状态输出 中包含了t时刻之前的所有保留下的无人机预设路径信息;

随之得到t时刻的输出Ot,即xt+1;

所述CNN网络单元,用于根据具有t序列无人机预设路径信息的特征,确定最优路径,包括:JD为预设路径的损失函数,损失值越小表示其预设路径越好,定义为:1

式中:β为预设路径损失系数,用于判断评估模型参数的训练更新系数;β=[μ1,μ2]∈R×2,μ1表示该序列为生成序列的概率,μ2表示该序列为真实预留的概率,R表示全体实数,表示无人机Ui与第j个任务点之间的路径距离; 表示无人机Ui是否执行预设路径距离所述CNN网络单元经过训练,首先收集各种场景并使用最优路径规划算法计算各种场景的最优无人机路径,然后提取路径规划过程中不同时刻检测范围内环境信息的状态及位置,训练CNN网络单元;数据集包含全局环境信息和最佳路径,经过训练的CNN网络单元能够估计环境信息的分布。

2.根据权利要求1所述的无人机集群控制方法,其特征在于,所述无人机路径规划算法包括:S1、从无人机集合中随机选取未被选取的无人机集群;

S2、从高空探测气球集合中随机选取一个未被选取且距离选取的无人机所在位置最接近的高空探测气球;若选取的无人机集群不能完成选取的高空探测气球的巡检任务,重新从无人机集群集合中选取未被选取的无人机,直至选取的无人机集群能完成选取的高空探测气球的巡检任务,将选取的高空探测气球的位置作为巡检点加入选取的无人机集群的预设路径中;

S3、若还存在未被选取的高空探测气球,循环执行步骤S2直到不存在未被选取的高空探测气球,输出无人机巡检方案。

3.根据权利要求2所述的无人机集群控制方法,其特征在于,判断选取的无人机集群是否能够完成选取的高空探测气球的巡检任务,包括:选取的无人机集群是否能够完成选取的高空探测气球的巡检任务需要同时满足以下条件:(1)所述无人机集群所搭载的定位雷达的位置信息高于所选取的所述高空探测气球的位置经纬度信息;

(2)所述无人机集群从当前的高空探测气球能够达到选取的所述高空探测气球并返回停靠点。

4.根据权利要求1所述的无人机集群控制方法,其特征在于,所述迭代次数阈值Δn的计算方法包括:其中,ρ为预设的比例算子值,N为无人机集群的路径的数量,dn为第n个无人机的路径包括的高空探测气球的数据。

5.根据权利要求1所述的无人机集群控制方法,其特征在于,计算每个无人机巡检方案的评估值,包括:其中,S为无人机巡检方案的评估值,N为无人机巡检方案中无人机集群的路径的数量,为无人机巡检方案中第n个无人机完成第i个待巡检任务的巡检能耗,ε1为巡检能耗的i权重,T n为所述无人机巡检方案中第n个无人机完成第i个待巡检任务的巡检时间,ε2为巡检时间的权重,I为高空探测气球的数量。

6.一种无人机集群控制装置,其特征在于,包括处理器及存储介质;

所述存储介质用于存储指令;

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1至5任一项所述的方法。

7.一种存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的方法。