一种多无人机协同覆盖航迹规划算法
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ïïF = F
í T 2 D
ïïM v = F sin θ
L
î r
人机只要沿着垂直于宽度的方向飞行即可使无人
机的转弯次数最少，从而保证覆盖飞行的时间和能
耗等最小。
文章首先从动力学、无人机飞行时间和飞行路
程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结
论，故将转弯次数的最小化作为航迹规划的优化指
标。将目标区域分割为若干个子区域，要求每个子
for cooperative coverage of multiple UAVs，it is concluded that the turning process of UAVs is inefficient from the point of view of
dynamics，flight time and flight distance. The cooperative problem of multiple UAVs is transformed into the problem of segmentation
Key Words
multi-UAV，cooperative coverage，width of convex polygon
Class Number
1
V279
当前，国内外对于无人机覆盖航迹规划问题的
引言
研究主要基于机器人覆盖路径规划技术并进行拓
无人机具有成本低廉、无人员风险、隐蔽性强
展。Huang［3］等提出了基于图论生成的覆盖最优路
Maza［4］等提出了一种多无人机的近实时任务规划
方法。该方法根据每架无人机的覆盖能力将目标
目标区域的最优航迹 。研究多无人机的协同覆
区域分成多个子区域，使得每个子区域内只包含一
盖航迹规划问题对于提高无人机的侦察、搜索能
架无人机。西工大的陈海［5］等提出了一种基于凸
力，强化其作战效能具有重要意义。
多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法。该方法
of convex polygon regions，and the problem of coverage path planning is transformed into the problem of finding the width of convex
polygon. A fast algorithm for solving the width of convex polygon based on distance comparison is proposed，and the corresponding
algorithm for coverage path planning is obtained. The simulation result shows that the proposed algorithm can achieve cooperative
coverage path planning for multiple UAVs. Furthermore，the efficiency and time complexity of the algorithm are further optimized.
（Rocket Force University of Engineering，Xi'an
Abstract
XU Pengcheng
710025）
In order to enhance the combat and operational support capability of UAVs，aiming at the path planning problem
V279
DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2020. 08. 011
A Path Planning Algorithm for Cooperative Coverage of Multiple
UAVs
PENG Quan
ZHENG Xiaolong
YOU Hao
ZHAO Xin
盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题；对基于距离比较的凸多边形宽度求解算法进行改进，提出了一种快速的凸
多边形宽度求解算法，得到相应的覆盖航迹规划算法。仿真结果表明，提出的算法能够实现多无人机的协同覆盖航迹规划，
算法效率和时间复杂度得到了进一步优化。
关键词
多无人机；协同覆盖；凸多边形宽度
中图分类号
与技术。许鹏程，男，硕士研究生，研究方向：军事运筹学。
2020 年第 8 期
45
舰 船 电 子 工 程
把覆盖航迹规划问题巧妙地转化为求凸多边形宽
可视为在水平面内的匀速圆周运动。因此，在航迹
度问题，并且提出了一种凸多边形宽度的算法。无
坐标系内建立无人机的动力学方程如下［8］：
ìF L cos θ = G
［2］
∗
收稿日期：2020 年 2 月 15 日，修回日期：2020 年 3 月 20 日
作者简介：彭泉，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学与技术。郑晓龙，男，博士，副教授，研究方向：航空宇航科
学与技术。尤浩，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学与技术。赵鑫，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学
该方法一种多无人机协同覆盖航迹规划算法?彭泉郑晓龙尤浩赵鑫许鹏程火箭军工程大学西安710025摘要为增强无人机的作战及作战保障能力针对多无人机协同覆盖航迹规划问题从动力学无人机飞行时间及飞行路程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结论
Vol. 40 No. 8
44
总第 314 期
总第
314
2020
年第
8期
舰 船 电 子 工 程
Ship Electronic Engineering
一种多无人机协同覆盖航迹规划算法
彭
泉
郑晓龙
尤
（火箭军工程大学
摘
要
浩
赵
西安
鑫
∗
许鹏程
710025）
为增强无人机的作战及作战保障能力，针对多无人机协同覆盖航迹规划问题，从动力学、无人机飞行时间及飞
行路程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结论；将多无人机的协同问题转化为凸多边形区域的分割问题，并将覆
等优点，侦察、搜索及监控是无人机的主要应用领
径生成方法，并且研究出减少机器人转弯次数的方
域，在历次战争中的出色表现证明了其在该领域的
法 ，其 中 ，最 优 路 径 是 指 能 量 消 耗 最 小在满足某些
［1］
约束条件的前提下，为无人机规划出一条可以遍历
区域内有且仅有一架无人机，多无人机协同覆盖问
题就简化为各子区域内的单无人机覆盖航迹规划
问题。最后，对文献［5］提出来的无人机覆盖航迹
í T 2 D
ïïM v = F sin θ
L
î r
人机只要沿着垂直于宽度的方向飞行即可使无人
机的转弯次数最少，从而保证覆盖飞行的时间和能
耗等最小。
文章首先从动力学、无人机飞行时间和飞行路
程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结
论，故将转弯次数的最小化作为航迹规划的优化指
标。将目标区域分割为若干个子区域，要求每个子
for cooperative coverage of multiple UAVs，it is concluded that the turning process of UAVs is inefficient from the point of view of
dynamics，flight time and flight distance. The cooperative problem of multiple UAVs is transformed into the problem of segmentation
Key Words
multi-UAV，cooperative coverage，width of convex polygon
Class Number
1
V279
当前，国内外对于无人机覆盖航迹规划问题的
引言
研究主要基于机器人覆盖路径规划技术并进行拓
无人机具有成本低廉、无人员风险、隐蔽性强
展。Huang［3］等提出了基于图论生成的覆盖最优路
Maza［4］等提出了一种多无人机的近实时任务规划
方法。该方法根据每架无人机的覆盖能力将目标
目标区域的最优航迹 。研究多无人机的协同覆
区域分成多个子区域，使得每个子区域内只包含一
盖航迹规划问题对于提高无人机的侦察、搜索能
架无人机。西工大的陈海［5］等提出了一种基于凸
力，强化其作战效能具有重要意义。
多边形区域的无人机覆盖航迹规划算法。该方法
of convex polygon regions，and the problem of coverage path planning is transformed into the problem of finding the width of convex
polygon. A fast algorithm for solving the width of convex polygon based on distance comparison is proposed，and the corresponding
algorithm for coverage path planning is obtained. The simulation result shows that the proposed algorithm can achieve cooperative
coverage path planning for multiple UAVs. Furthermore，the efficiency and time complexity of the algorithm are further optimized.
（Rocket Force University of Engineering，Xi'an
Abstract
XU Pengcheng
710025）
In order to enhance the combat and operational support capability of UAVs，aiming at the path planning problem
V279
DOI：10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2020. 08. 011
A Path Planning Algorithm for Cooperative Coverage of Multiple
UAVs
PENG Quan
ZHENG Xiaolong
YOU Hao
ZHAO Xin
盖航迹规划问题转化为求凸多边形宽度的问题；对基于距离比较的凸多边形宽度求解算法进行改进，提出了一种快速的凸
多边形宽度求解算法，得到相应的覆盖航迹规划算法。仿真结果表明，提出的算法能够实现多无人机的协同覆盖航迹规划，
算法效率和时间复杂度得到了进一步优化。
关键词
多无人机；协同覆盖；凸多边形宽度
中图分类号
与技术。许鹏程，男，硕士研究生，研究方向：军事运筹学。
2020 年第 8 期
45
舰 船 电 子 工 程
把覆盖航迹规划问题巧妙地转化为求凸多边形宽
可视为在水平面内的匀速圆周运动。因此，在航迹
度问题，并且提出了一种凸多边形宽度的算法。无
坐标系内建立无人机的动力学方程如下［8］：
ìF L cos θ = G
［2］
∗
收稿日期：2020 年 2 月 15 日，修回日期：2020 年 3 月 20 日
作者简介：彭泉，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学与技术。郑晓龙，男，博士，副教授，研究方向：航空宇航科
学与技术。尤浩，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学与技术。赵鑫，男，硕士研究生，研究方向：航空宇航科学
该方法一种多无人机协同覆盖航迹规划算法?彭泉郑晓龙尤浩赵鑫许鹏程火箭军工程大学西安710025摘要为增强无人机的作战及作战保障能力针对多无人机协同覆盖航迹规划问题从动力学无人机飞行时间及飞行路程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结论
Vol. 40 No. 8
44
总第 314 期
总第
314
2020
年第
8期
舰 船 电 子 工 程
Ship Electronic Engineering
一种多无人机协同覆盖航迹规划算法
彭
泉
郑晓龙
尤
（火箭军工程大学
摘
要
浩
赵
西安
鑫
∗
许鹏程
710025）
为增强无人机的作战及作战保障能力，针对多无人机协同覆盖航迹规划问题，从动力学、无人机飞行时间及飞
行路程的角度分析得出无人机的转弯过程是低效的结论；将多无人机的协同问题转化为凸多边形区域的分割问题，并将覆
等优点，侦察、搜索及监控是无人机的主要应用领
径生成方法，并且研究出减少机器人转弯次数的方
域，在历次战争中的出色表现证明了其在该领域的
法 ，其 中 ，最 优 路 径 是 指 能 量 消 耗 最 小在满足某些
［1］
约束条件的前提下，为无人机规划出一条可以遍历
区域内有且仅有一架无人机，多无人机协同覆盖问
题就简化为各子区域内的单无人机覆盖航迹规划
问题。最后，对文献［5］提出来的无人机覆盖航迹