5 多机实时 协同航迹规划

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一种多无人机协同覆盖航迹规划算法

一种多无人机协同覆盖航迹规划算法
ïïF = F
í T 2 D
ïïM v = F sin θ
L
î r
人机只要沿着垂直于宽度的方向飞行即可使无人
机的转弯次数最少,从而保证覆盖飞行的时间和能
耗等最小。
文章首先从动力学、无人机飞行时间和飞行路
程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结
论,故将转弯次数的最小化作为航迹规划的优化指
标。将目标区域分割为若干个子区域,要求每个子
for cooperative coverage of multiple UAVs,it is concluded that the turning process of UAVs is inefficient from the point of view of
dynamics,flight time and flight distance. The cooperative problem of multiple UAVs is transformed into the problem of segmentation
Key Words
multi-UAV,cooperative coverage,width of convex polygon
Class Number
1
V279
当前,国内外对于无人机覆盖航迹规划问题的
引言
研究主要基于机器人覆盖路径规划技术并进行拓
无人机具有成本低廉、无人员风险、隐蔽性强
展。Huang[3]等提出了基于图论生成的覆盖最优路
Maza[4]等提出了一种多无人机的近实时任务规划
方法。该方法根据每架无人机的覆盖能力将目标
目标区域的最优航迹 。研究多无人机的协同覆
区域分成多个子区域,使得每个子区域内只包含一

《2024年多无人机协同任务规划技术研究》范文

《2024年多无人机协同任务规划技术研究》范文

《多无人机协同任务规划技术研究》篇一一、引言随着无人机技术的快速发展,多无人机协同任务规划技术已成为当前研究的热点。

多无人机协同任务规划技术能够实现多个无人机在复杂环境下的协同作业,提高任务执行效率与准确性,具有广泛的应用前景。

本文将就多无人机协同任务规划技术的研究背景、意义、现状及发展趋势进行详细探讨。

二、研究背景与意义多无人机协同任务规划技术是指利用多个无人机进行协同作业,共同完成某一任务的技术。

该技术具有提高任务执行效率、降低任务成本、增强任务执行能力等优点,在军事、民用等领域具有广泛的应用前景。

研究多无人机协同任务规划技术,对于提高我国无人机技术水平、促进无人机产业发展具有重要意义。

三、国内外研究现状目前,国内外学者在多无人机协同任务规划技术方面进行了大量研究。

国外研究主要集中在美国、欧洲等地区,研究内容涉及协同控制、路径规划、任务分配等方面。

国内研究则主要关注于多无人机系统的设计与实现、协同控制算法的研究、以及在实际应用中的优化等。

虽然国内外在多无人机协同任务规划技术方面取得了一定的研究成果,但仍存在诸多挑战,如协同控制算法的优化、路径规划的准确性、任务分配的公平性等问题。

四、多无人机协同任务规划技术研究内容多无人机协同任务规划技术研究主要包括以下几个方面:1. 协同控制算法研究:研究如何实现多个无人机之间的协同控制,包括通信、决策、执行等环节。

2. 路径规划技术研究:研究如何为多个无人机规划出最优的飞行路径,以实现任务的快速、准确完成。

3. 任务分配技术研究:研究如何合理地分配任务给不同的无人机,以保证任务的顺利完成。

4. 仿真与实验研究:通过仿真与实验验证算法的可行性与有效性,为实际应用提供支持。

五、关键技术分析1. 协同控制算法优化:针对现有协同控制算法的不足,研究更高效的算法,提高多无人机系统的整体性能。

2. 路径规划准确性提升:通过引入新的算法或优化现有算法,提高路径规划的准确性,降低任务执行中的误差。

多无人机协同任务规划技术研究

多无人机协同任务规划技术研究

多无人机协同任务规划技术探究引言:随着无人机技术的快速进步和广泛应用,无人机协同任务规划技术逐渐成为探究的焦点和热点。

的目标在于提高无人机系统的工作效率、降低任务执行成本,实现人与无人机的高效协同。

一、无人机协同任务规划技术的观点与特点无人机协同任务规划技术是指多架无人机在任务执行过程中互相合作、协调行动,依据任务需求和各自特点合理打算任务分工和路径规划的一种技术。

它具有以下特点:1. 多无人机协同:多架无人机之间需要进行协调、合作,完善任务规划,共同完成任务目标。

2. 任务需求和各自特点:针对不同的任务需求和各自无人机的特点,进行任务分工和路径规划。

3. 合理打算任务分工和路径规划:依据任务特点和各自无人机能力,合理地对任务分工和路径规划进行设计。

4. 高效协同:无人机间通过有效的通信与信息传递,实现任务分工和路径规划的协调。

二、多无人机协同任务规划技术的挑战与应对面临着以下挑战:1. 通信与信息共享问题:多无人机之间需要实时进行通信与信息共享,以协调行动和规划路径,提高协同效率。

2. 复杂环境问题:无人机在任务执行过程中往往处于复杂的环境中,如天气变化、地形限制等,如何在这种环境下,实现任务规划是一大难点。

3. 任务分工问题:多无人机在协同任务中,需要依据各自的特点和能力进行合理的任务分工,以达到高效协同。

4. 动态规划问题:在任务执行过程中,可能会发生突发状况或任务要求变化,无人机需要准时调整规划,适应新的任务要求。

针对以上挑战,我们需要实行以下手段来应对:1. 设计高效的通信与信息共享系统,保障多无人机之间的实时沟通与信息传递。

2. 利用先进的传感器技术和数据处理算法,实时监测和分析环境,进行任务规划。

3. 基于无人机的特点和能力,进行合理的任务分工和路径规划,提高协同效率。

4. 引入自适应规划算法,使无人机能够准时调整规划,应对任务执行过程中的变化。

三、多无人机协同任务规划技术的应用领域多无人机协同任务规划技术在各个领域都具有广泛的应用前景。

多功能机器人集群协同工作路径规划与动态任务分配

多功能机器人集群协同工作路径规划与动态任务分配

多功能机器人集群协同工作路径规划与动态任务分配随着科技的进步和发展,机器人技术在工业、军事、医疗等领域得到了广泛应用。

多功能机器人集群的协同工作已成为现代生产和服务领域中的关键技术之一。

在这些任务中,路径规划和动态任务分配是确保机器人集群高效工作的关键步骤。

路径规划是指通过算法和技术来确定机器人在任务执行过程中的最佳路径。

这意味着机器人需要根据任务的需求和环境的要素来选择合适的路径,以确保其能够快速、安全地到达目标位置。

在多功能机器人集群中,路径规划需要考虑多个机器人之间的协同工作,避免碰撞和冲突,并优化整体的执行效率。

动态任务分配是指根据任务的优先级、机器人的能力和当前环境的状况来分配任务给不同的机器人。

在多功能机器人集群中,机器人通常具有不同的能力和专长,因此动态任务分配需要根据任务的要求和机器人的能力来选择最合适的机器人来完成任务。

这样可以在保持高效执行的同时,最大限度地利用机器人的能力。

针对多功能机器人集群的协同工作,路径规划和动态任务分配可以通过以下几个步骤来实现。

首先,需要对任务进行分解和优先级排序。

将复杂的任务拆解成多个子任务,并为每个子任务确定优先级。

这样可以更好地控制任务执行的顺序和优先级,提高整体执行效率。

其次,对每个子任务进行路径规划。

路径规划算法可以根据任务的要求和机器人的运行模型来确定最佳路径。

这些算法可以基于传统的启发式搜索算法,如Dijkstra算法和A*算法,也可以基于最新的深度学习技术和强化学习算法。

路径规划算法需要考虑机器人的移动能力、环境的动态变化以及其他机器人的位置和动作。

然后,根据任务的优先级和机器人的能力,动态分配任务给机器人。

动态任务分配需要根据任务的优先级和机器人的特点来选择最合适的机器人。

这可以通过基于规则的方法、基于概率模型的方法或者基于机器学习的方法来实现。

动态任务分配还需要考虑机器人的负载平衡和任务的紧急性。

最后,在任务执行过程中,需要采用实时的路径更新和任务调整策略。

多无人机任务与航迹规划方法综述

多无人机任务与航迹规划方法综述

多无人机任务与航迹规划方法综述作者:张文博刘君兰李瑜王海林来源:《计算机与网络》2022年第20期摘要:无人机具有体积小、灵活性好、经济效益高、操作简单等特点,因此,被广泛应用于民生和军事领域。

面对复杂多任务需求,单无人机由于受到载荷数量、储能、单一功能等因素的限制,在执行任务时具有一定的局限性,多无人机协同作业更具优势。

任务规划是多无人机协同作业的关键技术之一,主要包括任务分配、航迹规划、数据链路规划、任务载荷规划和应急处置规划等。

对多无人机任务分配和航迹规划方法进行简单的介绍和对比,重点就任务分配集中式和分布式方法进行了讲解,分析了多无人机任务规划的进一步的研究方向。

关键词:任务分配;航迹规划;智能优化算法;集中式方法;分布式方法中图分类号:TP18文献标志码:A文章编号:1008-1739(2022)20-52-5多无人机任务规划是指根据无人机需要完成的任务、无人机的数量以及无人机的载荷类型,为各无人机分配任务、规划航线、合理调度,从而达到最大效益。

无人机任务规划一般包括航迹规划、任务分配、数据链路规划、任务载荷规划和应急处置规划等。

其中,任务分配和航迹规划是关键技术。

任务分配的评价指标主要有任务均衡、飞行距离、消耗成本和毁伤代价等。

任务分配需要遵循的原则是分配给无人机的任务要和无人机上的载荷相匹配,任务分配要保证任务均衡,尽量避免出现大量无人机“空闲”的情况。

多无人机任务分配典型模型有多旅行商模型、车辆路径模型和混合整数线性规划模型。

这些模型相对简单,并且研究成熟,能用于表示一些简单的任务规划问题,任务分配如图1所示。

多旅行商模型映射到多无人机任务分配中,就是让无人机从各自起点出发,分别走一段路到达分配的一个或多个目标任务点,保证最终每个目标任务点有且仅只有一个无人机经过,无人机再返回到自身起点,使得总路径最短[1]。

车辆路径模型映射到多无人机任务分配问题上,无人机相当于配送中心,任务目标点相当于客户点。

多无人机协同任务规划研究与实现

多无人机协同任务规划研究与实现

多无人机协同任务规划研究与实现多无人机协同任务规划研究与实现导言:近年来,随着无人机技术的不断发展和应用需求的增加,无人机协同任务规划成为了研究的热门领域。

无人机的协同任务规划是指多架无人机通过有效的规划和任务分配,实现协同工作并完成特定任务的过程。

本文将探讨多无人机协同任务规划的研究进展与实现方案,并展望未来的发展方向。

一、多无人机协同任务规划的研究进展随着无人机应用场景的多样化和任务复杂性的增加,多无人机协同任务规划的重要性日益凸显。

研究者们在多个方面进行了深入探索与研究。

1. 任务分配与路径规划在多无人机协同任务中,任务分配与路径规划是最基础的环节之一。

通过合理的任务分配,可以充分利用多个无人机的能力,提高任务完成效率。

同时,路径规划的合理性与有效性直接影响到协同任务的完成能力。

研究者们提出了各种算法来解决分配问题,如贪心算法、遗传算法、蚁群算法等,并基于这些算法设计了一些路径规划策略。

2. 通信与合作多无人机之间的通信与合作是协同任务规划的关键问题之一。

通信机制的设计不仅要能够满足实时性和可靠性的要求,还要考虑到无人机之间的协作性。

研究者们发展了各种通信协议和合作机制,如基于无线网络的通信方案、通过局部信息共享的合作策略等,以实现无人机之间的信息交流和任务合作。

3. 算法与优化多无人机协同任务规划中的算法与优化问题十分关键。

研究者们通过对任务特性与约束条件建模,设计了多种算法来解决任务规划中的复杂问题。

优化算法包括整数规划、混合整数规划、线性规划等,用于对任务进行优化分配和资源利用。

二、多无人机协同任务规划的实现方案多无人机协同任务规划的实现需要综合考虑无人机平台、传感器、算法和通信等多个方面的因素。

1. 硬件平台无人机协同任务规划的实现需要选择适合的无人机硬件平台。

现有的无人机平台多样化,包括四旋翼、六旋翼、垂直起降飞机等。

根据实际需求选择合适的无人机平台,以满足任务的要求。

2. 传感器与感知无人机协同任务规划需要通过传感器获取周围环境信息以及其他无人机的状态信息。

《2024年多无人机协同任务规划技术研究》范文

《2024年多无人机协同任务规划技术研究》范文

《多无人机协同任务规划技术研究》篇一一、引言随着无人机技术的快速发展,多无人机协同任务规划技术已成为当前研究的热点。

多无人机协同任务规划技术能够有效地提高无人机执行任务的效率、准确性和可靠性,具有广泛的应用前景。

本文旨在研究多无人机协同任务规划技术的相关理论、方法及应用,为未来无人机技术的发展提供理论支持和实践指导。

二、多无人机协同任务规划技术概述多无人机协同任务规划技术是指利用多个无人机进行协同作业,通过合理的任务规划,实现整体任务的高效、准确和可靠完成。

该技术涉及到多个领域,包括无人机控制技术、传感器技术、通信技术、人工智能等。

多无人机协同任务规划需要考虑无人机的任务分配、路径规划、协同控制等方面,以及外部环境的影响因素。

三、多无人机协同任务规划技术的研究方法(一)基于图论的方法基于图论的方法是一种常用的多无人机协同任务规划方法。

该方法将任务规划问题转化为图论问题,通过构建有向图或无向图,对无人机进行任务分配和路径规划。

该方法具有算法简单、易于实现等优点,但需要考虑图的构建和优化问题。

(二)基于人工智能的方法基于人工智能的方法是一种较为先进的多无人机协同任务规划方法。

该方法利用人工智能技术,如神经网络、强化学习等,对无人机进行智能化的任务规划和协同控制。

该方法具有较高的自适应性和智能性,但需要大量的数据和计算资源。

(三)混合方法混合方法是将基于图论的方法和基于人工智能的方法相结合,以实现更好的任务规划和协同控制。

该方法可以充分利用两种方法的优点,避免其缺点,具有较高的实用性和可靠性。

四、多无人机协同任务规划技术的应用多无人机协同任务规划技术具有广泛的应用前景,可以应用于军事、民用等领域。

在军事领域,多无人机协同任务规划技术可以用于侦察、打击、通信等任务;在民用领域,多无人机协同任务规划技术可以用于航拍、环境监测、森林防火等领域。

其中,航拍领域是民用领域中应用较为广泛的领域之一,可以通过多无人机协同拍摄,实现高效、高质的航拍作业。

面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法

面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法

面向频谱测绘任务的多无人机协同航迹规划方法摘要:电磁频谱作为一种重要的国家战略资源,关乎国家信息化发展战略和信息化战争优势的确立。

随着用户的增加,电磁频谱资源日益紧缺,用频矛盾日趋尖锐。

为了有效利用频谱资源,加强对非法用频的管控,需要构建精确的电磁频谱地图。

传统的电磁频谱地图测绘是在区域内随机放置传感器,基于传感器采集到的离散数据通过补全算法进行频谱地图重构。

然而,对于部分不便于放置固定传感器的场景,需要采用动态采集的方法完成频谱测绘。

无人机因为其机动性在采集数据及测量方面有很强的优势,使用无人机飞行采集频谱数据,进而完成了频谱地图的构建。

关键词:频谱测绘;无人机;协同测绘;航迹规划;引言多飞行器协同作战是未来空战的重要发展趋势,与单飞行器相比,多飞行器具有更高的作战效能以及更强的作战能力。

在多飞行器协同飞行过程中,航迹规划技术可为飞行器提供航迹指引,是实现飞行器协同作战的关键技术之一。

协同航迹规划可得到满足飞行器性能约束及时间协同约束的最优航迹,是多飞行器实现自主飞行的重要保障。

好的航迹不仅能节省飞行器运行的成本,也增加了完成攻击任务的成功率。

1无人机容错协同控制研究现状与关键技术1.1无人机故障诊断技术FDD是主动容错控制的关键环节,结合现有研究,FDD技术根据是否存在额外辅助信号输入可以分为主动FDD与被动FDD,主动FDD需要设计输入至系统的辅助信号增强故障的表现,而被动FDD仅利用系统的输入输出对故障进行分析处理。

虽然主动FDD有效提高了故障诊断性能,但是会诱导更严重的故障状态,影响系统的安全性,因此,航空对象往往采用被动FDD。

1.2无人机本地容错控制方法UAV容错控制技术主要包括控制器重构与过驱动系统的控制分配。

控制器重构往往通过自适应控制方法改变控制器参数或根据故障状态更新控制器参考模型来实现,常见的控制重构方法可以归纳为被动容错即鲁棒控制方法、主动容错方法两类,对于前者不做过多讨论。

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In this paper, we focus on the discussion of the design arcbilecture and trajectory generation for cooperative vehicles at the CPP layer of MICA. The proposed CPP design architecture considen three scenarios of grouping and cooperation of unmanned air vehicles (UAV) flying from home base($ to target(s) to deploy munitions and back. Based on desired missions and available information, the real-time trajectory is generated by the Nonlinear Trajectory Generation (NTG) algorithm that has been developed at Caltech [2,3]. This paper consists of five sections, including the Introduction sec-
Proceedings of the 41sl IEEE Conference on Decision and Control Las Vepas, Nevada USA, December 2002
FrA06-3
Real-Time Trajectory Generation for the Cooperative Path Planning of Multi-Vehicle Systems'
'Researeh supported in pan by DARPA MICA program S h Heire. Pm-Managu zComrpondingau~~.CurrrnUywiUIDepanmcnlof Etecuial Enginctnng. Natirmal 'Cairn Univmity. Taipei. 106, hiwan. E-mail: fenpli@ccm.nN.ed&uu
Feng-Li Lian' and Richard Murray California Institute of Technology Pasadena, CA 91125, USA
{fengli,murray)@
Abstract This paper discusses a Cooperative Path Planning (CPP) design methodology for multi-vehicle systems and a Nonlinear Trajectory Generation (NTG) algorithm. Three scenarios of multi-vehicle tasking are proposed at the CPP framework. The NTG algorithm is. then, used to generate realtime trajectory for desired vehicle activities. Given system dynamics and constraints, the NTG algorithm 6rst finds trajectory curves in a lower dimensional space and, then, parameterizes the curves by the B-spline basis. The coefficients of the B-splines are further solved by the sequential quadratic programming to satisfy the optimization objectives and constraints. The NTG algorithm has been implemented to generate real-time trajectories for a group of cooperative vehicles in the presence of changing missions and constraints.
1 Introduction
For large-scale autonomous vehicle systems. several dis-
tributed hierarchical decompositions of controller algorithms have been proposed to overcome the problems in design complexity and computational limitation. The key feature of dewmposing large-scale vehicle systems into a hierarchical architecture is that it translates a complicate controller design problem into several computationally tangible control sub-pmhlems. A multi-layer planning, assessment, and control architecture of distributed semi-autonomous forces with collective objectives has been studied in the Mixed Initiative Control of Automa-teams @CICA) of DARPA. Conceptually, the MICA hierarchy includes Operations and Resources Supervisory for resource planning and human interaction, Team Composition and Tasking CTCT) for specifying group-level tasks, Team Dynamics and Tactics (TDT) for tasking team activities, Cooperative Path Planning (CPP) for generating feasible vehicle missions, and Vehicle Dynamics and Control. Planning and Control algorithms are accordingly designed to achieve
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I I Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱI I I I I I I
0-7803-7516-5/02/$17.00 W O 0 2 IEEE
3766
Authorized licensed use limited to: NANJING UNIVERSITY OF AERONAUTICS AND ASTRONAUTICS. Downloaded on August 07,2010 at 15:11:51 UTC from IEEE Xplore. Restrictions apply.
functional goals specified at each layer [l] Based on the above-mentioned hierarchies, a complex. difficult control problem can be properly decomposed into several sub-problems. Individual control algorithms can, then, be systematically designed to fulfill the subproblem goals of one specified hierarchy, and the overall goal can be achieved by proper decomposition and conshuction techniques. For example, in a vehicle-muting case, one upperlayer controller might plan a grouping sequence of available vehicles and an assignment of feasible routes, and then generates an optimal activity plan for individual vehicles. Based on the planned activity received from the upper layer, the controller at lower layer is responsible for generating feasible trajectories in real time for each vehicle to follow. Therefore, multiple vehicles can utilize available resources and individually follow their own trajectories to achieve the overall system goal. At the vehicle action planning layer. the CPP layer of MICA, one of the challenging problems is to plan and follow a trajectory in the presence of uncertainty and limited information. Limited information is due m the distributed nature of a multi-vehicle system and the range l i t a t i o n of vehicle sensing and communication capabilities. To effectively control such systems, a twodegree-of-Worn design technique with a feedfonvard compensator and a feedback controller, as shown in Fig. I, may be adopted. Based on the pre-defined goal, the fesdfonvard compensator generates a nominal trajectory for the feedback controller to follow and produce proper actuation to the system input. Furthermore, the trajectory should be generated in real time and customized for the changes in mission, condition, and environment
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