2025年IEEE TITS,基于动态聚类粒子群算法的无人机任务分配与路径规划

目录


1.摘要

针对无人机集群在高维复杂及不完全信息环境下计算难题,本文提出一种双层优化方案。针对任务分配,构建结合不完全信息博弈论改进MAPPO算法,有效解决信息缺失下的协同与竞争难题;针对路径规划,结合人工势场法与滚动时域控制引入动态聚类DCPSO算法。

2.基于MAPPO不完全信息下无人机任务分配

无人机任务分配建模

无人机实时位置运动学模型为:

x = v cos ⁡ ϕ x = v \cos \phi x=vcosϕ

y = v sin ⁡ ϕ y = v \sin \phi y=vsinϕ

若包含 N N N 架无人机的集群 U U U 在总时间 T m a x T_{max} Tmax 内执行任务,令 y i , n = 1 y_{i,n} = 1 yi,n=1 表示第 n n n 架无人机捕获第 i i i 个目标(否则为0),结合无人机速度 S n S_n Sn 约束,最大化总收益:

max ⁡ min ⁡ ∑ i r i ∑ n y i , n \max \min \sum_i r_i \sum_n y_{i,n} maxmini∑rin∑yi,n

MAPPO算法及其改进

为改进MAPPO算法,本文引入不完全信息博弈论 。多智能体面对相同航路点时,按随机概率 P P P抉择以构建集群内部竞合关系。智能体根据可达终点、收益 r i ri ri及对方收益期望分布慨率重选目标点,实现新一轮最优任务分配。

3.基于动态聚类粒子群算法的无人机路径规划

滚动时域控制策略中,无人机在相邻时刻仅能在相邻网格中心间沿8个方向移动。设滚动窗口包含3个航迹点,无人机每阶段探测当前窗口覆盖的矩形区域以获取环境信息。

动态聚类机制按位置密度将种群平分为两个互不干扰的子集群独立迭代。集群馄踪当前局部最优,集群2持续探索解空间,每轮迭代后合并。

路径规划采用人工势场法建模,引力场引导无人机趋向目标:

f a ( x , y ) = ε × ( x − x 0 ) 2 + ( y − y 0 ) 2 f_a(x,y)=\varepsilon\times(x-x_0)\^2+(y-y_0)\^2 fa(x,y)=ε×(x−x0)2+(y−y0)2

斥力场实现障碍物逼近:

f r ( x , y ) = η ∗ ( 1 p ( x , y ) − 1 a 0 ) 3 f_r(x,y)=\eta*\left(\frac1{p(x,y)}-\frac1{a_0}\right)^3 fr(x,y)=η∗(p(x,y)1−a01)3

结合人工势场法与滚动时域控制,无人机三维路径规划问题被转化为目标函数的最优解求解过程。当集群发现新目标或目标状态发生转移(如由侦察转为攻击)时,将触发任务重分配算法。集群成员采取单任务规划策略,即完成当前任务后才分配下一任务,直至所有目标任务执行完毕或燃油耗尽。

4.参考文献

Hu W, Ma X. Optimization Algorithm of UAVs Task Assignment and Path Planning Based on Dynamic Cluster Particle Swarm OptimizationJ. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2025.

5.算法辅导·应用定制·读者交流

xx

相关推荐
Dream it possible!12 小时前
LeetCode 面试经典 150_多维动态规划_交错字符串(97_C++_中等)
算法·leetcode·面试·动态规划
心抵鹊13 小时前
算法之双指针系列(一)
算法·leetcode
十二13 小时前
【洛谷题解】P1083 [NOIP 2012 提高组] 借教室(二分答案 + 差分)
数据结构·c++·算法·蓝桥杯
小此方14 小时前
[算法实战论:动态规划]回文串问题的dp解法,回文串问题的母题,以及以此为基础的派生题
算法·动态规划
Pniubi14 小时前
力扣560.和为k的子数组
算法·leetcode·职场和发展
D e re k ZH15 小时前
C++ 从零入门(一):基础语法与程序结构
数据结构·c++·算法
Pniubi15 小时前
力扣438.找到字符串中所有字母异位词
算法·leetcode·职场和发展
東隅已逝,桑榆非晚18 小时前
算法6. 双指针法-查找总价格为目标的两个商品
c++·学习·算法
Eyfcom18 小时前
〖物联网终端实战 01〗UWB 室内高精度定位:仓储 AGV 与人员的厘米级轨迹追踪
物联网·算法·物流系统·快递系统·跨境物流快递系统·物联网终端实战
bro_Java66619 小时前
《排序的底层逻辑:比较、交换与分治》
java·算法·排序算法