CN113671996A - 一种基于信息素的异构无人机侦察方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于信息素的异构无人机侦察方法及系统,所述异构无人机包括电子侦察无人机和光学侦察无人机,所述方法包括:分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。本发明能够减少侦察的盲目性,提高侦察效率和侦察的可行性。
Description
技术领域
本发明属于无人机应用技术领域,具体涉及一种基于信息素的异构无人机侦察方法及系统。
背景技术
近年来,无人机技术取得了突破性进展,因其成本低、尺寸小和隐蔽性强,已经在侦察、监视、打击和运输等任务中获得了广泛的应用。大型无人机具有载重大,续航时间长等优点,通过携带多种传感设备,可以执行多样化的任务,但大型无人机价值较高,目标较大易于拦截。相反的,小型无人机虽然载荷较低,但是只能携带单一的传感设备。异构无人机可由大量携带不同载荷的无人机组成,执行任务时,异构无人机基于自组织网络实现信息共享,搭载不同类型传感器的无人机通过相互协作、综合利用各传感器的侦察优势,通过多机协同实现对目标的侦察。
目前的异构无人机通常用于对位置已知的多个目标进行侦察,通过任务分配和轨迹规划以降低目标被重复侦察的概率,但是还没有利用异构无人机对未知区域的目标进行侦察的方法。
发明内容
针对现有技术的上述不足,本发明提供一种基于信息素的异构无人机侦察方法及系统,以解决上述技术问题。
第一方面,本发明提供一种基于信息素的异构无人机侦察方法,所述异构无人机包括电子侦察无人机和光学侦察无人机,所述方法包括:
分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
进一步的,所述确定异构无人机的目标航向,包括:
获取异构无人机所有的可行航向,计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益;
根据所述环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,计算可行航向的加权受益;
选择所述加权收益最大的可行航向为目标航向。
进一步的,所述计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,包括:
根据下述公式计算环境搜索收益:
根据下述公式计算异构无人机之间的排斥力:
根据下述公式计算协作代价:
根据下述公式计算光学侦察无人机的抵近侦察收益:
进一步的,所述根据所述环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,计算可行航向的加权受益,包括:
根据下述公式计算可行航向的加权收益:
进一步的,所述通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标,包括:
在确定所述目标航向的情况下,将电子侦察无人机的第一信息素设置为第一预设值,第一信息素为栅格地图中所述目标航向位置上的信息素,所述第一预设值用于指示电子侦察无人机远程搜索目标,所述第一预设值高于信息素阈值。
进一步的,所述通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,包括:
在电子侦察无人机定位所述目标所在的目标区域的情况下,将光学侦察无人机的第二信息素设置为第二预设值,所述第二信息素为栅格地图上所述目标区域所在位置的信息素,所述第二预设值用于指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,所述第二预设值低于信息素阈值。
进一步的,在所述在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记之前,所述方法还包括:
在光学侦察无人机抵近侦察时,将光学侦察无人机经过位置的第三信息素设置为第三预设值,所述第三预设值高于信息素阈值。
进一步的,所述方法还包括:
按比例降低电子侦察无人机的栅格地图的信息素浓度。
第二方面,本申请一种基于信息素的异构无人机侦察系统,其特征在于,包括:
初始化单元,配置用于分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
航向确定单元,配置用于确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
远程搜索单元,配置用于通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
抵近侦察单元,配置用于通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
目标确定单元,配置用于在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
本发明的有益效果在于,
本发明提供的一种基于信息素的异构无人机侦察方法及系统,利用信息素实现无人机之间的高效的信息交流,便于异构无人机执行协同侦察任务,提高侦察效率;通过电子侦察无人机和光学侦察无人机之间的协同工作对未知区域进行侦察,在协同工作的过程中,电子侦察无人机在远距离、大范围内对目标进行大致定位,减少侦察的盲目性,提高侦察效率;光学侦察无人机对电子侦察无人机定位的目标区域进行抵近侦察,实现目标的精确定位。通过异构无人机之间的协同侦察减少侦察的盲目性,提高侦察效率和侦察的可行性。
此外,本发明设计原理可靠,结构简单,具有非常广泛的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。
图2是本发明另一个实施例的方法的示意性流程图。
图3是本发明一个实施例的系统的示意性框图。
图4是本发明一个实施例的栅格地图的示意图。
图5是本发明一个实施例的异构无人机之间的排斥力的示意图。
图6是本发明一个实施例的光学侦察无人机的可行航向与目标位置的夹角的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示,本申请实施例提供一种基于信息素的异构无人机侦察方法。其中,图1执行主体可以为一种基于信息素的异构无人机侦察系统。
所述异构无人机包括电子侦察无人机和光学侦察无人机,两种无人机均为小型无人机,电子侦察无人机为搭载电子信号侦察设备的无人机;光学侦察无人机为搭载光学侦察设备的无人机,两种无人机协同侦察,由小型无人机组成的蜂群具有较强的生存能力和任务执行能力,协同侦察的系统效能大于单个无人机的效能。
具体的,该方法包括:
S110、分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素。
在本实施例中,栅格地图通过直角坐标系法标识,为电子侦察无人机建立第一栅格地图,为光学侦察无人机建立第二栅格地图,每个无人机都有与其对应的栅格地图,方便针对无人机的功能对无人机的行驶轨迹进行单独管理。栅格地图中包括多个栅格和对应的信息素,信息素包括侦察目标的不确定度和重要度,不确定度越低或重要度越高,则目标侦察越准确。
在本实施例中,两个栅格地图共享信息素可以实现同构和异构无人机之间的信息交流与共享。
S120、确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标。
在本实施例中,对于未知区域进行目标侦察时,实现无从得知目标的具体位置,所以首先需要确定无人机侦察目标的目标航向,无人机根据所述目标航向行驶,从而在目标航线指引的航线上进行目标侦察。
S130、通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标。
在本实施例中,第一信息素是用来指示电子侦察无人机远程搜索目标,电子侦察机的栅格地图中的第一信息素值表征对应栅格区域的不确定度,第一信息素值越高,该栅格区域不确定度越低。
其中电子侦察无人机在远距离、大范围内对目标进行大致定位,确定目标所在的目标区域,并降低该目标区域的第一信息素值,第一栅格地图的第一信息素传递给第二栅格地图,方便后续利用光学侦察无人机进行抵近侦察,减少侦察的盲目性,提高侦察效率。
S140、通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
在本实施例中,根据第一信息素设置第二信息素,光学侦察无人机的栅格地图中的第二信息素值表征对应栅格区域的重要度,第二信息素值越低,重要度越高,光学侦察无人机对信息素值低的目标区域进行抵近侦察,实现目标的精确定位。
S150、在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
在本实施例中,光学侦察无人机发现目标,此时通过光学侦察无人机确定目标位置是准确的,所以在栅格地图上标记该目标,便于下次侦察时,根据所述标记,直接追踪到该目标。
如图2所示,本申请实施例提供的另一种基于信息素的异构无人机侦察方法,该方法可以包括以下步骤。
S210、分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
S220、确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
作为一种实现方式,所述确定异构无人机的目标航向,包括:获取异构无人机所有的可行航向,计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益;根据所述环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,计算可行航向的加权受益;选择所述加权收益最大的可行航向为目标航向。
作为一种实现方式,所述计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,包括:
1、根据下述公式计算环境搜索收益:
2、根据下述公式计算异构无人机之间的排斥力:
3、根据下述公式计算协作代价:
4、根据下述公式计算光学侦察无人机的抵近侦察收益:
作为一种实现方式,所述根据所述环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,计算可行航向的加权受益,包括:根据下述公式计算可行航向的加权收益:,所述为所述加权收益,为所述环境搜索收益,为所述协作代价,为所述抵近侦察收益,、和为常数,其中,计算电子侦察无人机的加权受益时,对应的。
在实施例中,环境搜索收益为下一时刻将要到达的栅格位置对应的信息素的相反数,为避免无人机相互碰撞所以需要计算协作代价。光学侦察无人机要对目标进行抵近侦察,相比于电子侦察无人机,多了抵近侦察影响的航向,所以确定抵近侦察的航向需要格外计算抵近侦察收益。
在计算时,电子侦察无人机的加权受益需要通过环境搜索收益和协作代价进行计算,电子侦察无人机没有目标抵近收益,直接令其常数参数C=0;而光学侦察无人机要进行抵近侦察,所以需要额外计算其抵近侦察收益,最终光学侦察无人机的加权受益需要通过环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益进行计算。
S230、通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
作为一种实现方式,所述通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标,包括:在确定所述目标航向的情况下,将电子侦察无人机的第一信息素设置为第一预设值,第一信息素为栅格地图中所述目标航向位置上的信息素,所述第一预设值用于指示电子侦察无人机远程搜索目标,所述第一预设值高于信息素阈值。
在本实施例中,电子侦察机的栅格地图中的信息素值表征对应栅格区域的不确定度,信息素值越低,该栅格区域不确定度越高。电子侦察无人机经过一个栅格后,将电子侦察无人机经过的位置的信息素设置为一个较高的值,该区域不确定度降低,能够使得电子侦察无人机在远程搜索目标,最终发现目标所在的目标区域。
S240、通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
作为一种实现方式,所述通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,包括:在电子侦察无人机定位所述目标所在的目标区域的情况下,将光学侦察无人机的第二信息素设置为第二预设值,所述第二信息素为栅格地图上所述目标区域所在位置的信息素,所述第二预设值用于指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,所述第二预设值低于信息素阈值。
在本实施例中,光学侦察无人机的栅格地图中的信息素值表征对应栅格区域的重要度,信息素值越低,重要度越高。光学侦查无人机通过对低信息素区域进行抵近侦察确定目标的具体位置。电子侦察无人机定位到目标的大致位置后,在光学侦察无人机的栅格地图上,将目标区域对应位置上的第二信息素设置为一个较低的值,则重要度提高,能够引导光学侦察无人机达到目标区域,进行抵近侦察。
S250、在光学侦察无人机抵近侦察时,将光学侦察无人机经过位置的第三信息素设置为第三预设值,所述第三预设值高于信息素阈值。
在实施例中,光学侦察无人机通过抵近侦察可以确定经过的位置有无目标以及目标具体位置,在将光学侦察无人机抵近侦察且未发现目标时,将此时经过位置的信息素设置为一个较高的值,降低该区域的重要度。
S260、在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
在本实施例中,光学侦察无人机发现目标,此时通过光学侦察无人机确定目标位置是准确的,所以在栅格地图上标记该目标,便于下次侦察时,根据所述标记,直接追踪到该目标。
S270、按比例降低电子侦察无人机的栅格地图的信息素浓度,可以实现对搜索区域的最大覆盖,避免遗漏。
如图3示,该系统300包括:
初始化单元310,配置用于分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
航向确定单元320,配置用于确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
远程搜索单元330,配置用于通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
抵近侦察单元340,配置用于通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
目标确定单元350,配置用于在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解,本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中如U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质,包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机,服务器,或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其,对于终端实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例中的说明即可。
在本发明所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、系统和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,系统或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述,但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下,本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换,而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于信息素的异构无人机侦察方法,其特征在于,所述异构无人机包括电子侦察无人机和光学侦察无人机,所述方法包括:
分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定异构无人机的目标航向,包括:
获取异构无人机所有的可行航向,计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益;
根据所述环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,计算可行航向的加权受益;
选择所述加权收益最大的可行航向为目标航向。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述计算所述可行航向对应的环境搜索收益、协作代价和抵近侦察收益,包括:
根据下述公式计算环境搜索收益:
根据下述公式计算异构无人机之间的排斥力:
根据下述公式计算协作代价:
根据下述公式计算光学侦察无人机的抵近侦察收益:
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标,包括:
在确定所述目标航向的情况下,将电子侦察无人机的第一信息素设置为第一预设值,第一信息素为栅格地图中所述目标航向位置上的信息素,所述第一预设值用于指示电子侦察无人机远程搜索目标,所述第一预设值高于信息素阈值。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,包括:
在电子侦察无人机定位所述目标所在的目标区域的情况下,将光学侦察无人机的第二信息素设置为第二预设值,所述第二信息素为栅格地图上所述目标区域所在位置的信息素,所述第二预设值用于指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标,所述第二预设值低于信息素阈值。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记之前,所述方法还包括:
在光学侦察无人机抵近侦察时,将光学侦察无人机经过位置的第三信息素设置为第三预设值,所述第三预设值高于信息素阈值。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
按比例降低电子侦察无人机的栅格地图的信息素浓度。
9.一种基于信息素的异构无人机侦察系统,其特征在于,包括:
初始化单元,配置用于分别建立异构无人机的栅格地图,并初始化栅格地图中的信息素;
航向确定单元,配置用于确定异构无人机的目标航向,控制异构无人机根据所述目标航向侦察目标;
远程搜索单元,配置用于通过设置第一信息素指示电子侦察无人机远程搜索目标;
抵近侦察单元,配置用于通过设置第二信息素指示光学侦察无人机抵近侦察所述目标;
目标确定单元,配置用于在光学侦察无人机发现目标后,对在栅格地图上目标位置做标记。
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