本申請涉及無人機，尤其涉及一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法及系統。

背景技術：

1、多種現實應用都要求無人機集群能以最高效的方式對某個不規則目標區域進行重訪覆蓋，以發現其中可能存在的運動目標。這涉及如何為無人機集群規劃航路，使集群協同對任意目標區域進行重訪覆蓋。而已有技術需要的無人機數太多，效率低下。

技術實現思路

1、本申請實施例提供一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法及系統，用以提供一種安全、協同度高、無人機需求少的實現無人機集群區域重訪覆蓋的方法。

2、本申請實施例提供一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，包括：

3、配置無人機集群的區域重訪覆蓋的參數，并計算區域凸包多邊形；

4、確定所計算的區域凸包多邊形的長度方向和寬度方向，確定區域覆蓋方向；

5、基于區域覆蓋方向的時鐘角旋轉凸包多邊形，并基于旋轉的凸包多邊形計算初始覆蓋節點；

6、對計算的初始覆蓋節點進行調整，以修補未覆蓋區域；

7、根據調整后的覆蓋節點，計算無人機集群的協同重訪覆蓋路徑。

8、可選的，配置無人機集群的區域重訪覆蓋的參數包括：

9、定義集群中每個無人機的巡航速度均為vuav，每個無人機的探測視野為一個圓形區域，圓形視野半徑為r，有效探測范圍等效為長度為l1、寬度為l2的長方形區域，探測偏移角度為α，視野中心與無人機位置的距離為d，區域覆蓋要求探測重疊率為ρ，目標的最小速度為vtgt,min，最大速度為vtgt,max，滿足vtgt,max＜vuav；

10、計算區域凸包多邊形包括：

11、在區域的邊界選取設定數量的點，且選取的點構成一個多邊形；

12、利用graham掃描算法計算所述多邊形的凸多邊形；

13、記錄計算的凸多邊形的頂點集為{p1,p2,l,pj-1,pj}，其中p1為縱坐標最小且位置最左的點。

14、可選的，確定所計算的區域凸包多邊形的長度方向和寬度方向，確定區域覆蓋方向包括：

15、利用徑向函數法計算出凸多邊形的長度方向和寬度方向，將長度方向作為區域覆蓋方向，將凸多邊形的長度和寬度分別記為lmax和hmin，凸多邊形覆蓋方向的時鐘角記為θopt。

16、可選的，基于區域覆蓋方向的時鐘角旋轉凸包多邊形包括：

17、將凸包多邊形旋轉區域覆蓋方向的時鐘角，以獲得旋轉的凸包多邊形，將旋轉的凸多邊形頂點集記為{q1,q2,l,qj-1,qj}，其中q1為縱坐標最小且位置最左的點，最小縱坐標記為ymin。

18、可選的，基于旋轉的凸包多邊形計算初始覆蓋節點包括：

19、計算有效探測寬度l'1＝(1-ρ)l1；

20、計算覆蓋行數

21、根據覆蓋行數，當覆蓋行數nr＝1時，該覆蓋行的兩個節點為由點和點[100,ymin+hmin/2]t確定的直線與旋轉后凸多邊形的兩個交點，其中為向上取整函數；

22、當覆蓋行數nr＞1且l1/2+(nr-1)l'1＜hmin時，第i個覆蓋行對應的兩個節點為由點和點確定的直線與旋轉后凸多邊形的兩個交點，其中i＝1,2,l,nr；

23、當覆蓋行數nr＞1且l1/2+(nr-1)l'1≥hmin時，第i個覆蓋行對應的兩個節點為由點和點確定的直線與旋轉后凸多邊形的兩個交點，其中i＝1,2,l,nr-1，第nr個覆蓋行對應的兩個節點為第nr-1個覆蓋行的兩個交點在縱坐標分量上加l'1；

24、設置每個覆蓋節點的高度均為huav，將每個覆蓋行i(i＝1,2,l,nr)的左節點和右節點分別記為r2i-1、r2i。

25、可選的，對計算的初始覆蓋節點進行調整，以修補未覆蓋區域包括：

26、對每個覆蓋行的節點，將其橫移如下距離：

27、

28、其中，β為該節點所在凸多邊形邊的時鐘角，γ＝β-π/2；

29、對旋轉后的凸多邊形，當覆蓋行數nr＞1且l1/2+(nr-1)l'1≥hmin時，計算第nr-1個覆蓋行的覆蓋上界直線與凸多邊形的交點，分別記為將第nr個覆蓋行對應的兩個節點分別調整為

30、

31、可選的，還包括：

32、沿射線增加一個返程節點使得：線段的長度為δl；返程節點的高度為huav+δh；

33、沿射線r2r1增加一個返程節點使得：線段的長度為δl；返程節點的高度為huav+δh；

34、將覆蓋節點與返程節點的集合記為

35、可選的，根據調整后的覆蓋節點，計算無人機集群的協同重訪覆蓋路徑包括：

36、對每兩個相鄰節點，利用最短dubins曲線進行連接，獲得封閉的分段dubins曲線路徑，計算所述dubins曲線路徑長度為lpath；

37、計算出所需無人機個數滿足：

38、

39、計算出相鄰無人機之間的航路距離滿足：

40、

41、其中

42、無人機集群的區域重訪覆蓋策略滿足：

43、無人機集群包括n個無人機，各個無人機在一條封閉的分段dubins曲線路徑上均勻分布，相鄰兩個無人機之間的航路距離為d。

44、本申請實施例還提出一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋系統，包括處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如前述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法的步驟。

45、本申請實施例提供了一種安全、協同度高、無人機需求少的實現無人機集群區域重訪覆蓋的方法。

46、上述說明僅是本申請技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本申請的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉本申請的具體實施方式。

技術特征：

1.一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，配置無人機集群的區域重訪覆蓋的參數包括：

3.如權利要求2所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，確定所計算的區域凸包多邊形的長度方向和寬度方向，確定區域覆蓋方向包括：

4.如權利要求3所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，基于區域覆蓋方向的時鐘角旋轉凸包多邊形包括：

5.如權利要求4所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，基于旋轉的凸包多邊形計算初始覆蓋節點包括：

6.如權利要求5所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，對計算的初始覆蓋節點進行調整，以修補未覆蓋區域包括：

7.如權利要求6所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，還包括：

8.如權利要求7所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法，其特征在于，根據調整后的覆蓋節點，計算無人機集群的協同重訪覆蓋路徑包括：

9.一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋系統，其特征在于，包括處理器和存儲器，所述存儲器上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至8中任一項所述的基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法的步驟。

技術總結
本申請公開了一種基于可微封閉航路的無人機集群區域重訪覆蓋方法及系統，涉及無人機技術，包括：配置無人機集群的區域重訪覆蓋的參數，并計算區域凸包多邊形；確定所計算的區域凸包多邊形的長度方向和寬度方向，確定區域覆蓋方向；基于區域覆蓋方向的時鐘角旋轉凸包多邊形，并基于旋轉的凸包多邊形計算初始覆蓋節點；對計算的初始覆蓋節點進行調整，以修補未覆蓋區域；根據調整后的覆蓋節點，計算無人機集群的協同重訪覆蓋路徑。本申請實施例提供了一種安全、協同度高、無人機需求少的實現無人機集群區域重訪覆蓋的方法。

技術研發人員：楊毅,梁月乾,趙彥杰,韓斌
受保護的技術使用者：中國電子科技集團公司信息科學研究院
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28