[发明专利]一种针对机动目标的多无人机协同跟踪方法

说明书

本公开的一种针对机动目标的多无人机协同跟踪方法，通过初始化多无人机和机动目标的状态信息，栅格化环境地图，得到以栅格势能量化的栅格地图；多无人机根据预先设定的优化策略，采用A*算法实现基于栅格势能对机动目标进行全路径覆盖搜索，当当前栅格的相邻栅格的栅格势能相同时，根据预设路径规划规则进行全路径覆盖搜索；搜索到机动目标，将多无人机的搜索任务切换为跟踪任务；如果机动目标全部被跟踪，任务完成，否则继续搜索，直到所有机动目标被跟踪。能够实现目标区域的多次全路径覆盖需求、实现含禁飞区域的野外目标环境的搜索任务、及多无人机在面对机动目标变速和快速转向时进行快速决策，提高对机动目标的跟踪效果。

技术领域

本公开属于地面机动目标跟踪技术领域，特别涉及一种针对机动目标的多无人机协同跟踪方法。

背景技术

针对地面机动目标的无人机观测问题是一个NP-hard(Nondeterministicpolynomial hard，非确定性多项式)问题，最早由Parker和Emmons提出。Cyril Robi等人对地面机动目标探测和跟踪的近几年的研究进行了整体的调研，发现RyanK.Williams和Ashish Macwan等人提出了多无人机协同跟踪单个机动目标的解决方案，Anton Milan等人提出了多无人机协同跟踪多机动目标的解决方案。其中，多无人机的协同搜索与跟踪多机动目标，为了增加所有机动目标的观测时间，从而持续观测多机动目标的状态信息。Pei Li等人开发了一种用于多无人机协同搜索和跟踪的博弈论方法。新加坡南洋理工大学WeiMeng等人对多无人机的集成协同搜索、任务分配以及协同跟踪问题进行了大量研究，提出一种有效的搜索算法。

Amna Khan等人通过调研介绍了目前CPP(Coverage path planning，全覆盖路径规划)的最新进展，现有局限性以及未来的研究方向。Taua Cabreira等人重点针对无人机的全覆盖路径规划进行分析，调研了基于几何飞行模式和更复杂的网格为基础的解决方案，并根据无分解、精确细胞分解和栅格分解等经典分类方法法进行研究。

Hongda Chen提出了一种用于单个无人机跟踪单个机动目标的动态路径规划算法，可以表述为一个由系统动力学、一组边界条件、控制约束和成本准则组成的最优控制问题。Quintero S研究了两架无人机协同跟踪地面单个目标的最优路径选择问题。无人机是小型固定翼飞机，以恒定速度和固定高度巡航，利用动态规划方法及地理定位误差协方差最小的最优协调控制策略，控制无人机使其距离地面目标的距离足够小而规划出无人机的最佳跟踪轨迹。

然而在多数实际应用中，地面机动目标往往不止一个，需要一组异构的机器人(无人车和无人机)跟踪多个机动目标，协同工作跟踪机动目标。陈杰等人从优化的角度出发，对无人机和无人车之间的协作进行了分类与分析，研究了无人机对多地面目标进行跟踪时的最优路径规划问题，考虑到无人机上传感器的有效监视范围，利用带有邻域的Dubins旅行推销员问题(DTSPN)，解决多无人机协同跟踪监测多地面目标的问题。

Vitaly Shaferman等人对城市环境中的多无人机协同搜索多机动目标问题进行了长期研究，提出了一种分布式跟踪方法，用于完成异构多无人机对已知城市环境中多个可预测地面目标的协同跟踪任务，将环境区域划分为可见区域和障碍物区域，建立一个联合任务分配和运动规划优化模型，并提出了一种求解该优化问题的分布式协同进化遗传算法。但是，该种采用多无人机协同跟踪的方式，需要增加传感器的数量，极大地增加传感器的观测频率，增加地面机动目标状态更新的频率，才减少机动目标因变速和快速转向的不确定性。

因此，急需一种针对机动目标的多无人机协同跟踪方法，实现多无人机对地面单个或多个机动目标的跟踪。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种针对机动目标的多无人机协同跟踪方法，能够实现目标区域的多次全覆盖需求、实现含禁飞区域的野外目标环境的搜索任务、以及多无人机在面对机动目标变速和快速转向时进行快速决策，提高多无人机对单个或多个机动目标的跟踪效果。