左劍凱, 吳杰宏, 陳嘉彤, 劉澤源, 李忠智. 異構無人機編隊防御及評估策略研究[J]. 計算機科學, 2021, 48(2): 55-63.

ZUO Jian-kai, WU Jie-hong, CHEN Jia-tong, LIU Ze-yuan, LI Zhong-zhi. Study on Heterogeneous UAV Formation Defense and Evaluation Strategy[J]. Computer Science, 2021, 48(2): 55-63.

文章目錄

• 1 引言
• 2 編碼方案與解碼方案
• • 2.1 基本編碼單元與解碼方案
  • 2.2 解碼方案
• 3 適應度函數
• • 3.1 無人機編隊適應度函數的構建
  • 3.2 適應度函數的優化
• 4 仿真實驗驗證
• • 第一種情況
• 5 效果評估

1 引言

本文在前人所做研究的基礎上，針對無人機群的防御部署問題進行研究，主要針對規模為 16 架無人機的編隊問題。 同時，此項研究對于實際技術應用具有較好的適用性。

假設我方現有一定數量的非武裝無人機正在進行某種科學研究，為防止其他無人機編隊進行干擾，我方需要派出一定數量的防御型無人機進行部署。

2 編碼方案與解碼方案

2.1 基本編碼單元與解碼方案

2.2 解碼方案

1）計算每個基本編隊的局部坐標。

2）計算子隊形中心點坐標。

得出每種基本隊形的局部坐標和長寬后，每個子隊形的中心點 坐標按照下式計算：
$$X_i^{\prime }=X_i\pm (L+0.5L_i)\text{\hspace{1em}(1)}$$

$$Y_i^{\prime }=Y_i\pm (W+0.5W_i)\text{\hspace{1em}(2)}$$

$X_i^{\prime }$：表示第 $i$ 個子隊形中心點的橫坐標
$Y_i^{\prime }$：表示第 $i$ 個子隊形中心點的縱坐標
$X_i$：表示第 $i$ 個子隊形對應的父隊形局部橫坐標
$Y_i$：表示第 $i$ 個子隊形對應的父隊形局部縱坐標
$L_i$：表示第 $i$ 個子隊形對應的長度
$W_i$：表示第 $i$ 個子隊形對應的寬度
$L$：表示第 $i$ 個子隊形對應父隊形中的單機與 $x$ 軸之間的其他單機所對應子隊形的長度
$W$：表示第 $i$ 個子隊形對應父隊形中的單機與 $y$ 軸之間的其他單機所對應子隊形的寬度

通過式子（1）和（2）可以確定每個子隊形的中心點在實際編隊隊形中的位置坐標。

3）計算每架無人機的坐標。
$$x_{ij}=X_i^{\prime }\pm L_i\text{\hspace{1em}(3)}$$

$$y_{ij}=Y_i^{\prime }\pm W_i\text{\hspace{1em}(4)}$$

$x_{ij}$：表示第 $i$ 個子隊形的第 $j$ 架飛機的橫坐標
$y_{ij}$：表示第 $i$ 個子隊形的第 $j$ 架飛機的縱坐標

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3 適應度函數

3.1 無人機編隊適應度函數的構建

導彈飛行距離指標：
$${\alpha }_1=\frac{R}{S_1}\text{\hspace{1em}(5)}$$

$R$：表示防御機到攔截點的距離
$S_1$：分別表示敵機到攔截點的距離
$S_2$：分別表示非武裝無人機到攔截點的距離

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定義爆炸損傷指標：
$${\alpha }_2=e^{?S_2}\text{\hspace{1em}(7)}$$

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在一架敵機、一架非武裝無人機和一架防御機的情況下的建立適應度函數：
$$\alpha =\frac{1}{k_1{\alpha }_1+k_2{\alpha }_2}\text{\hspace{1em}(8)}$$

$k_1,k_2$：指標權重系數

${\alpha }_1$ 和 ${\alpha }_2$ 的取值越小，越有利于我方編隊對非武裝無人機的防御作用。

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整個無人機編隊的適應度值為所有非武裝無人機對應的適應度值之和：
$${\alpha }_i=\sum _{j=1}^{q(i)}{\alpha }_{ij}\text{\hspace{1em}(9)}$$

$$\lambda =\sum _{i=1}^n{\alpha }_i\text{\hspace{1em}(10)}$$

$i$：表示第 $i$ 架非武裝無人機
$j$：表示第 $i$ 架非武裝無人機對應的第 $j$ 架敵機
$q(i)$：表示可以攻擊到第 $i$ 架非武裝無人機的敵機總數
$a_{ij}$：表示第 $j$ 架敵機攻擊第 $i$ 架非武裝無人機的總適應值
$n$：表示非武裝無人機的數量
$\lambda$：表示整個編隊的適應度值

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3.2 適應度函數的優化

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4 仿真實驗驗證

第一種情況

假設對面 16 架敵機都能攻擊到我方無人機，而我方共有 6 $(n=6)$ 架非武裝機器，因此可以得到 6 個適應度值
$${\alpha }_1=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{1j}$$$${\alpha }_2=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{2j}$$$${\alpha }_3=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{3j}$$$${\alpha }_4=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{4j}$$$${\alpha }_5=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{5j}$$$${\alpha }_6=\sum _{j=1}^{16}{\alpha }_{6j}$$

而總的適應度值為
$$\lambda ={\alpha }_1+{\alpha }_2+{\alpha }_3+{\alpha }_4+{\alpha }_5+{\alpha }_6$$

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5 效果評估

$k_1=k_2=1$

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【Paper】2020_异构无人机编队防御及评估策略研究_左剑凯的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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