[发明专利]基于信息共享的无人机协同侦察路径规划方法

说明书

本发明公开了一种基于信息共享的无人机协同侦察路径规划方法，属于无人机路径规划领域，以降低多无人机总能耗。本发明将侦察区域均分成多个子区域，每个子区域的区域中心确定为信息共享点，利用遗传算法得出一条遍历所有侦察目标点的完整路径，根据该路径中的目标点数目确定多个整数拆分方案，从而得到多个代表一架无人机的子路径；针对每一个拆分方案，判断无人机的信息共享关系，以总能耗最小原则确定每组无人机的信息共享点，无人机在信息共享点相互共享信息并确定服务的用户；保留当前总能耗最小的无人机路径方案，将当前完整路径通过遗传操作生成新的完整路径，最后保留总能耗最小的无人机路径方案作为最终的无人机路径。

技术领域

本发明属于无人机路径规划领域，具体为一种基于信息共享的无人机协同侦察路径规划方法。

背景技术

在侦察领域中，采用无人机侦察比载人机侦察更具有经济性，安全性。通过搭载高分辨率摄像机、传感器等设备，无人机能够获得准确的侦察信息，同时搭载这些设备飞行也极大的消耗无人机的能量，因而降低无人机能耗是在保证其完成对规定目标侦察的前提下的另一重要目标，这需要对无人机进行合理的路径规划以降低无人机的运动能耗，提高侦察效率。

无人机路径规划时必须考虑的两个过程是无人机获取目标信息和无人机将信息传递给用户，无人机为多用户提供侦察服务时，传统的信息传递方式为无人机将信息传送给数据中心，数据中心通过网络将信息分发给各用户，此时的路径规划问题通常被建模为旅行商(TSP)问题或车辆路由(VRP)等问题。当不存在数据中心或数据中心与用户之间信道受干扰的情况下，无人机需要根据用户的信息需求对将信息直接分发至对应的用户。在用户信息需求重合，即多个用户需要同一个目标信息时，此时采用传统的路径规划方法会导致单架无人机存储多个用户的需要部分信息，进而产生单架无人机访问多个用户以及多架无人机访问一个用户等情况，导致无人机对用户的冗余访问和无人机之间的路线重复，当用户之间距离较远时会极大的浪费各无人机的能耗。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，提供一种基于信息共享的无人机协同侦察路径规划方法。

本发明的具体技术方案如下：一种基于信息共享的无人机协同侦察路径规划方法，包括以下步骤：

步骤1、将侦察区域按照面积均等原则平分成多个子区域，每个区域中心作为一个信息共享点；

步骤2、将地面目标点网络和信息共享点构建为无向图，G(V，E)，υ_i∈V表示无向图中的顶点，e(v_i，v_j)∈E表示相邻两顶点的边；其中中的每个顶点表示为目标点，中的顶点表示预定的信息共享点，中顶点表示用户；u_i∈U表示对目标点进行侦察的无人机；

步骤3、利用遗传算法计算一条覆盖VT中所有目标点的完整路径，确定最大迭代次数；

步骤4、对步骤3得到的完整路径进行整数拆分，根据无人机数量产生多个不同的拆分方案，每一个拆分方案都将完整路径拆分成多个子路径，每个子路径代表一个无人机的路径；

步骤5、针对步骤4得到的每一个拆分方案的结果，根据无人机路径中目标点与用户的信息需求关系情况判断无人机的信息共享关系，并根据信息共享关系为无人机分组，以总能耗最小原则确定每组无人机的信息共享点；

步骤6、保留当前总能耗最小的无人机路径方案，对步骤3中产生的完整路径进行遗传操作产生新的路径，迭代次数加一，重复步骤4至步骤6直到达到最大迭代次数，最后总能耗最小的路径方案作为各无人机的最终路径。

优选的是，本发明步骤5中：针对步骤4得到的每一种拆分方案的结果，根据无人机路径中目标点与用户的信息需求关系情况判断无人机的信息共享关系，并根据信息共享关系为无人机分组，以总能耗最小原则确定每组无人机的信息共享点，具体步骤如下：