带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMay252014V01．35No．51347—1356ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．C13hkxb@buaa，edu，cn带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配符小卫”，李建，高晓光西北工业大学电子信息学院，陕西西安710129摘要：为了研究通信约束对多无人机(UAV)协同搜索中目标分配任务的影响，提出了一种带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法，研究在通信约束条件下多无人

2、机在协同搜索中如何进行目标分配。首先，基于无人机数学模型和搜索模型，建立了目标分配模型。其次，分析了通信约束条件，如通信距离限制、通信角度限制和通信时间延迟等对目标分配的影响，限定多无人机在通信距离和角度范围内才能通信，使用蒙特卡罗法来验证通信距离和角度对目标分配的影响，同时采用基于状态估计的无人机状态信息补偿方法来消除通信延迟的影响。仿真验证了带通信约束的多无人机协同搜索中的目标分配方法的合理性。关键词：多无人机；协同搜索；目标分配；通信约束；蒙特卡罗方法中圈分类号：V279；TP2文献标识码：A文章编号：1000—

3、6893(2014)05—1347—10无人机(UAV)由于具有零伤亡、高机动性、隐身性能好、费用低等优势，被广泛应用于作战环境中的搜索、侦察和打击等任务。然而，面对日趋复杂的现代战场环境，由于单架无人机的性能受到载荷等的限制，执行对多目标的作战任务必须要多架无人机协同才能完成。多无人机能够有效执行对多目标作战任务的前提是多无人机之间能够进行有效的目标分配，因而目标分配问题成为多无人机协同控制的关键技术之一。目标分配是任务分配的一种特殊情况，Yan等口3使用一群异构无人机对一群不同类型的El标执行搜索和打击任务，通过集

4、中的任务状态信息进行分布式的任务分配。Sujit等凹1提出一种队论(TeamThe—ory)方法来解决没有通信的多无人机之间进行目标分配的问题。Zuo等口3使用一种改进的遗传算法来解决多无人机目标分配问题。国内也有学者应用合同网[4]、满意决策[5]、蚁群算法邸1等算法对多无人机目标分配和任务分配问题进行了求解。通信是多无人机实现协同的前提，能保证参与任务的无人机间可以进行消息传递和数据交换，从而使多无人机能够以最大的可能性完成任务。然而，由于通信设备和通信系统存在很多限制，比如机载通信设备体积有限、传输功率有限、通信

5、存在延时，会给无人机间通信造成很多限制，因而有必要研究通信约束条件对多无人机协同任务的影响，以及消除影响的方法。Sujit等口。研究了一种在通信距离限制下基于谈判机制的多无人机任务分配方法，并与贪心算法进行比较，从而验证其有效性。Dionne和RabbathL81研究了一种在间歇式异步通信条件下的分散式的多无人机任务分配方法，使用任务分配阶段的输出来进行通信决策。Ben—Asher等[9]研究了一种在通信带宽和收稿Et期：2013—06．03；退修日期：2013-08—26；录用日期：2013-12—23；网络出版时间

6、：2014—01-1418：46网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／S1000—6893．20130501html基金项目：航空科学基金与航空电子系统综合技术重点实验室联合资助项目(20125553030)*通讯作者Tel：029—88431260E—mail：fxw@nwpu．edu．cnB

7、用榕武lFuxw'LiJ．GaoxG。Targeta／Iocationinmulti-UAVcooperativesearchwithcommunicationconstraints[JJ．ActaA

8、eronauticaetAstronauticaSinica．2014．35(5)：1347-1356。符小卫。李建，高晓光带通信约束的多无人机协商搜索中的H标分配￡JI．兢空学报，2014．35(5)：1347-1356．航空学报May252014V01．35No．5距离限制下的基于移动自组网的分布式多无人机目标分配方法。Mirzaei等[1明研究了通信延迟下的多无人机协同搜索问题，使用随机预测方法补偿通信延迟对系统的影响。欧阳键等E113研究了非对称衰落信道下的无人机中继传输系统，提出了输出信噪比最大化准则下的波束

9、形成(BF)优化方案。这些学者大多只是研究某一个或某两个通信约束条件的影响，对通信约束的研究不够全面；对通信时间延迟造成的信息不一致性研究不够。本文主要研究的是多无人机在通信约束条件，如通信距离限制、角度限制和时间延迟等条件的约束下，如何在协同搜索中有效进行目标分配的问题。1问题描述使用多架相同类型的无人机对一片未知区域的若干个目