基于拍卖鸽群优化算法的多无人机追踪分布式任务分配

胡超芳, 宋思涵, 徐嘉均, 王迪迪

天津大学学报(自然科学与工程技术版) ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (04) : 403-414.

基于拍卖鸽群优化算法的多无人机追踪分布式任务分配

  • 胡超芳, 宋思涵, 徐嘉均, 王迪迪
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摘要

无人机技术已经广泛应用于各种研究领域,任务分配是多无人机协同的关键技术之一,对多无人机任务完成质量的影响极大,针对多个目标追踪场景下的多无人机任务分配问题,提出了一种基于拍卖鸽群优化(auctionPIO)算法的分布式分配方法.首先采用追踪总距离、分配均衡性、任务完成时间3个性能指标,结合追踪任务约束条件,建立了分布式多指标0/1整数规划模型.然后以拍卖策略作为分布式优化框架,无人机作为拍卖者对地面目标进行竞拍出价,通过多轮竞拍确定任务分配方案.为提高拍卖分配的最优性,增强了各无人机间的共享信息量,进而使无人机可对所有目标进行竞拍出价,并引入PIO算法更新各无人机的竞拍价格,将鸽子位置编码为无人机对各地面目标的竞拍增价,利用地图指南针算子和地标算子迭代更新种群位置,实现对无人机竞拍价格的优化更新.在此基础上,设计基于目标优先级的解算策略,用于将竞价矩阵和距离矩阵解算为任务分配方案,并进行了算法的计算复杂度分析.最后对所提拍卖鸽群优化算法分别进行了数值仿真、Gazebo虚拟仿真和实机户外飞行实验,结果表明:所提算法拥有良好的任务分配性能,不但在数值仿真对比中,优化性能比经典拍卖算法提高了12.16%,而且虚拟仿真和户外实验也说明算法能够满足实用性要求.

关键词

无人机 / 目标追踪 / 任务分配 / 拍卖 / 鸽群优化

中图分类号

V279 / TP18

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胡超芳, 宋思涵, 徐嘉均, 王迪迪. 基于拍卖鸽群优化算法的多无人机追踪分布式任务分配. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2024, 57(04): 403-414

基金

天津市科技计划资助项目(19YFHBQY00040); 天津大学自主创新基金资助项目(2022XSU-0003)

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