This paper systematically studies the cooperative area coverage and target tracking problem of multiple-unmanned aerial vehicles (multi-UAVs). The problem is solved by decomposing into three sub-problems: information fusion, task assignment, and multi-UAV behavior decision-making. Specifically, in the information fusion process, we use the maximum consistency protocol to update the joint estimation states of multi-targets (JESMT) and the area detection information. The area detection information is represented by the equivalent visiting time map (EVTM), which is built based on the detection probability and the actual visiting time of the area. Then, we model the task assignment problem of multi-UAV searching and tracking multi-targets as a network flow model with upper and lower flow bounds. An algorithm named task assignment minimum-cost maximum-flow (TAMM) is proposed. Cooperative behavior decision-making uses Fisher information as the mission reward to obtain the optimal tracking action of the UAV. Furthermore, a coverage behavior decision-making algorithm based on the anti-flocking method is designed for those UAVs assigned the coverage task. Finally, a distributed multi-UAV cooperative area coverage and target tracking algorithm is designed, which integrates information fusion, task assignment, and behavioral decision-making. Numerical and hardware-in-the-loop simulation results show that the proposed method can achieve persistent area coverage and cooperative target tracking.


翻译:本文系统地研究多无人驾驶航空器(多无人驾驶航空器)的合作领域范围和目标跟踪问题。通过将多无人驾驶航空器搜索和跟踪多目标的任务分配问题分为三个小问题来解决问题:信息聚合、任务分配和多无人驾驶航空器行为决策。具体地说,在信息融合过程中,我们使用最大一致性协议更新多目标(JESMT)和地区探测信息的联合估计状态;地区检测信息以相应的访问时间图(EVTM)为代表,该访问时间图以该地区的探测概率和实际访问时间为基础;然后,我们将多无人驾驶航空器搜索和跟踪多目标的任务分配问题作为具有上下流动界限的网络流动模式。提议采用一个名为任务分配最低成本流量(TAMM)的算法来更新多目标(JESMT)和地区探测信息的联合估计状态。合作行为决策利用渔业信息作为特派团最佳跟踪行动。此外,基于反锁定方法的覆盖行为决策算法是为这些无人驾驶航空器分配任务设计的。最后,一个分布的多无人驾驶航空器搜索和跟踪多目标区域,以显示持续分析任务、合作行为追踪和跟踪方式显示持续任务任务。</s>

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