基于博弈论的无人机搜索路径规划_杨少环

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1、第３３卷第１０期系统工程与电子技术Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１０２０１１年１０月ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＯｃｔｏｂｅｒ２０１１文章编号：１００１－５０６Ｘ（２０１１）１０－２２５４－０４基于博弈论的无人机搜索路径规划杨少环，高晓光，符小卫（西北工业大学电子信息学院，陕西西安７１０１２９）摘要：现阶段的无人机搜索路径规划主要以区域覆盖率以及搜索时间为指标，缺乏对目标运动行为的综合利用。本文以敌我双方为局中人，把敌我双方可能的行为作

2、为策略集，建立博弈论模型，通过求解Ｎａｓｈ均衡改进扫描式搜索路径规划算法。仿真表明，基于博弈模型的规划算法较改进前不仅能够满足对待搜索区域的完全覆盖，而且提高了无人机的任务完成率，说明了该算法的有效性。关键词：无人机；搜索路径规划；博弈论；任务完成率中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０６Ｘ．２０１１．１０．２２ＳｅａｒｃｈｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｓｂａｓｅｄｏｎｇａｍｅｔｈｅｏｒｙＹＡＮＧＳｈａｏ－ｈｕａｎ，ＧＡＯＸＩＡＯ－ｇｕａｎｇ，ＦＵＸｉａｏ－ｗｅｉ（

3、ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌｃｏｖｅｒａｇｅａｎｄｔｈｅｓｅａｒｃｈｔｉｍｅａｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｆｏｒｓｅａｒｃｈｐａｔｈｐｌａｎ－ｎｉｎｇｏｆｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅｓ（ＵＡＶ）ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｌｅａｄｓｔｏｔｈｅｌａｃｋｏｆｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｂｅｈａｖ－ｉｏｒｓ．Ａｇａｍｅｔｈｅ

4、ｏｒｙｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈｔａｋｅｓｂｏｔｈｐａｒｔｉｅｓｉｎｔｈｅｓｔｒｕｇｇｌｅａｓｔｈｅｐｌａｙｅｒｓａｎｄｕｓｅｓｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｂｏｔｈｐａｒｔｉｅｓａｓｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｓｅｔ，ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＢｙｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅＮａｓｈｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｅｓｅａｒｃｈｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｍａｔｃ

5、ｈｔｈｅｎｅｅｄｓｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｃｏｖｅｒｔｈｅｓｅａｒｃｈａｒｅａ，ｂｕｔａｌｓｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｒａｔｅｓｏｆＵＡＶｔａｓｋ，ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ；ｓｅａｒｃｈ－ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ；ｇａｍｅｔｈｅｏｒｙ；ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｒａｔｅ我方设施或逃离战区），而我方无人机则要阻止敌方完成０引言其任务，敌方通过选取最佳路径来使其完成任务的几率最在任务区域执行目标压制等任务时，无人机对敌方位大，我方通过改

6、变搜索路径来增大发现敌方的几率。根据置及威胁等级等信息掌握不完全，需要对目标战区进行覆以上分析，可以将敌我双方作为局中人，敌我双方的运动盖式的搜索。在搜索到目标之前，无人机一直沿任务规划行为作为策略集，建立博弈模型对搜索路径规划问题进行时设定的搜索路径飞行，因此在地面进行的搜索路径规划研究。对于提高无人机的搜索效率至关重要。现有的搜索算［１－３］１扫描式搜索路径规划算法法均把目标假定为固定目标，在搜索指标中只考虑区域覆盖率与搜索耗时。然而，大多数情况下目标都是有相对［１－２］，如图１所传统的区域搜索以扫描式搜索路径为主运动的，此时，传统的搜索算法无法保持较高

7、的目标截示。图１中边框为目标区域，目标区域内为无人机（ｕｎｍａｎｎｅｄ获率。ａｅｒｉａｌｖｅｈｉｃｌｅ，ＵＡＶ）搜索路径，图示路径的扫描方向θＵ向当同一环境中的决策者有利益冲突时，引入博弈的模右，圆形区域为敌方任务的区域。型可以得到一个双方最优的决策结果。在路径规划博弈论在无人机进行区域搜索时，无人机与目标（ｔａｒｇｅｔ，Ｔ）模型研究方面，国内外也很多学者开展了研究，但大多是针的运动行为分别是：目标的速率ｖＴ与方向θＴ是影响目标［４－８］［９－１３］对任务主体规避障碍到达终点或空战决策等问题，下一时刻的主要因素，而无人机的动向主要由其扫描方向关于搜索路径规划

8、的研究还未见公开报道。［１］。本文的博弈模型就是基于