本申請涉及無人機(jī)，特別是涉及一種無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機(jī)集群技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模無人機(jī)集群在軍事、物流、救災(zāi)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

2、然而，在復(fù)雜環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)時，無人機(jī)集群在避障問題上仍然面臨著障礙物感知、通信延遲、路徑重構(gòu)等多重挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中，多數(shù)避障方法存在反應(yīng)速度慢、路徑規(guī)劃局限等問題，難以滿足大規(guī)模無人機(jī)集群的實(shí)際避障需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種能夠提升避障和路徑重構(gòu)能力的無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法和裝置。

2、第一方面，本申請?zhí)峁┝艘环N無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法。該方法包括：

3、對障礙物和集群內(nèi)各無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，構(gòu)建環(huán)境空間模型；

4、基于環(huán)境空間模型，以避障路徑最短為目標(biāo)，構(gòu)建路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)獲取飛行路徑；

5、當(dāng)環(huán)境空間模型變化時，利用梯度下降法對飛行路徑進(jìn)行更新重構(gòu)。

6、在其中一個實(shí)施例中，對障礙物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測包括：

7、根據(jù)搭載于無人機(jī)上若干傳感器實(shí)時采集的傳感數(shù)據(jù)，獲取環(huán)境感知數(shù)據(jù)；

8、利用多尺度特征融合技術(shù)對環(huán)境感知數(shù)據(jù)進(jìn)行特征融合，獲取障礙物監(jiān)測結(jié)果。

9、在其中一個實(shí)施例中，對集群內(nèi)各無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測包括：

10、基于數(shù)據(jù)共享策略，在集群內(nèi)各無人機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享；共享的數(shù)據(jù)包括環(huán)境感知數(shù)據(jù)和集群內(nèi)各無人機(jī)的自身狀態(tài)信息；

11、其中，數(shù)據(jù)共享策略由數(shù)據(jù)分配目標(biāo)函數(shù)求解獲取，數(shù)據(jù)分配目標(biāo)函數(shù)以集群內(nèi)各無人機(jī)間的總通信延遲最小為目標(biāo)、以集群內(nèi)各無人機(jī)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不大于單個無人機(jī)的最大通信容量為約束條件構(gòu)建而成。

12、在其中一個實(shí)施例中，利用梯度下降法對飛行路徑進(jìn)行更新重構(gòu)包括：

13、基于路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)和當(dāng)前的環(huán)境空間模型，獲取路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)的梯度，根據(jù)路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)的梯度對當(dāng)前的飛行路徑進(jìn)行實(shí)時更新重構(gòu)。

14、在其中一個實(shí)施例中，方法還包括：

15、針對集群內(nèi)每一無人機(jī)，根據(jù)鄰接矩陣、期望控制輸入，以及與鄰接無人機(jī)的狀態(tài)差異，獲取一致性控制律；其中，鄰接矩陣的元素表示與鄰接無人機(jī)的連接權(quán)重，鄰接矩陣以協(xié)同控制收斂速度最大化為目標(biāo)、以通信開銷不大于總通信帶寬上限為約束條件進(jìn)行優(yōu)化；

16、針對集群內(nèi)所有無人機(jī)，以任務(wù)執(zhí)行誤差和控制代價的加權(quán)和最小化為目標(biāo)構(gòu)建控制律函數(shù)，利用哈密頓-雅可比-貝爾曼方程對控制律函數(shù)進(jìn)行求解，獲取執(zhí)行控制律；

17、根據(jù)一致性控制律和執(zhí)行控制律實(shí)現(xiàn)無人機(jī)集群的協(xié)同控制和執(zhí)行。

18、在其中一個實(shí)施例中，方法還包括：

19、根據(jù)無人機(jī)與任務(wù)點(diǎn)之間的位置距離、任務(wù)分配矩陣，構(gòu)建任務(wù)代價函數(shù)；任務(wù)分配矩陣表示無人機(jī)與任務(wù)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系；

20、基于任務(wù)代價函數(shù)，以集群內(nèi)各無人機(jī)的總?cè)蝿?wù)代價最小為目標(biāo)、以每個任務(wù)點(diǎn)對應(yīng)有且僅有一架無人機(jī)為約束條件，構(gòu)建任務(wù)分配優(yōu)化函數(shù)；根據(jù)任務(wù)分配優(yōu)化函數(shù)對任務(wù)分配矩陣進(jìn)行優(yōu)化。

21、第二方面，本申請還提供了一種無人機(jī)集群避障重構(gòu)裝置。該裝置包括：

22、環(huán)境感知模塊，用于對障礙物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；

23、數(shù)據(jù)分享模塊，用于對集群內(nèi)各無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測；

24、數(shù)據(jù)處理模塊，用于基于環(huán)境感知模塊和數(shù)據(jù)分享模塊構(gòu)建環(huán)境空間模型；基于環(huán)境空間模型，以避障路徑最短為目標(biāo)，構(gòu)建路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)獲取飛行路徑；當(dāng)環(huán)境空間模型變化時，利用梯度下降法對飛行路徑進(jìn)行更新重構(gòu)。

25、第三方面，本申請還提供了一種計算機(jī)設(shè)備。該計算機(jī)設(shè)備包括存儲器和處理器，存儲器存儲有計算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)上述無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法中的步驟。

26、第四方面，本申請還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)。該計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法中的步驟。

27、第五方面，本申請還提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品。計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)上述無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法中的步驟。

28、上述無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法和裝置，提出了一種基于梯度下降法的動態(tài)路徑規(guī)劃與重構(gòu)算法，能夠在檢測到新障礙物或環(huán)境變化時，實(shí)時更新路徑規(guī)劃，確保無人機(jī)集群能夠靈活應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的變化。與傳統(tǒng)的靜態(tài)路徑規(guī)劃方法相比，本發(fā)明顯著提升了路徑規(guī)劃的靈活性和魯棒性，減少了碰撞風(fēng)險，提高了任務(wù)完成的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對障礙物進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對集群內(nèi)各無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用梯度下降法對所述飛行路徑進(jìn)行更新重構(gòu)包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

7.一種無人機(jī)集群避障重構(gòu)裝置，其特征在于，所述裝置包括：

8.一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

9.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

10.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計算機(jī)程序，其特征在于，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本申請涉及一種無人機(jī)集群避障重構(gòu)方法和裝置。所述方法包括：對障礙物和集群內(nèi)各無人機(jī)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，構(gòu)建環(huán)境空間模型；基于環(huán)境空間模型，以避障路徑最短為目標(biāo)，構(gòu)建路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；根據(jù)路徑規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)獲取飛行路徑；當(dāng)環(huán)境空間模型變化時，利用梯度下降法對飛行路徑進(jìn)行更新重構(gòu)。采用本方法能夠在檢測到新障礙物或環(huán)境變化時，實(shí)時更新路徑規(guī)劃，確保無人機(jī)集群能夠靈活應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境的變化。

技術(shù)研發(fā)人員：吳陽明,吳昊,李濤,易星,張云,嚴(yán)建琳,崔吳陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2