Seguimiento Cooperativo Autónomo Tolerante a Fallos y Evitación de Obstáculos para Enjambres de UAV en Entornos Marítimos Complejos
Autores: Zhang, Zhiyang; Liang, Xiaolong; Zheng, Aoyu; Wang, Ning
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Seguimiento Cooperativo Autónomo Tolerante a Fallos y Evitación de Obstáculos para Enjambres de UAV en Entornos Marítimos Complejos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Desafío
Seguimiento estable
Objetivos marítimos en movimiento
Vehículo aéreo no tripulado
Seguimiento cooperativo
Control Predictivo Distribuido
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para abordar el desafío del seguimiento estable de objetivos marítimos en movimiento por parte de enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos con zonas de amenaza y riesgos de fallo de plataforma, este documento propone una estrategia de seguimiento y guía cooperativa que integra el Control Predictivo Distribuido por Modelo (DMPC) con la Programación Cuadrática Secuencial (SQP). Se desarrolla un modelo de seguimiento cooperativo que incorpora la cinemática de los UAV, amenazas ambientales, posicionamiento por visión estereoscópica y restricciones de campo de visión. Se introducen dos estrategias originales dentro del marco del DMPC: una estrategia de recaptura de objetivo cooperativa en altitud que reduce la duración total de pérdida del objetivo en aproximadamente 7 s en comparación con las líneas base de altitud fija, mientras que una estrategia de reconfiguración de formación distribuida restaura el seguimiento estable en 10 s después de un fallo de miembro y asegura una separación segura entre UAV. Un controlador de seguimiento de trayectoria multi-restricción basado en DMPC-SQP logra la co-optimización en tiempo real de la evitación de amenazas, el mantenimiento de la formación y la precisión del seguimiento. Los resultados de simulación en entornos de alta amenaza demuestran una tasa de viabilidad de Programación Cuadrática del 93.4%, con un error medio de seguimiento reducido en un 25.4% en comparación con el DMPC de altitud fija y un 48.7% en comparación con métodos basados en el Regulador Cuadrático Lineal (LQR), manteniendo un rendimiento robusto bajo un retraso de comunicación de 300 ms, ruido de sensor y perturbaciones de viento moderadas.
Descripción
Para abordar el desafío del seguimiento estable de objetivos marítimos en movimiento por parte de enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos con zonas de amenaza y riesgos de fallo de plataforma, este documento propone una estrategia de seguimiento y guía cooperativa que integra el Control Predictivo Distribuido por Modelo (DMPC) con la Programación Cuadrática Secuencial (SQP). Se desarrolla un modelo de seguimiento cooperativo que incorpora la cinemática de los UAV, amenazas ambientales, posicionamiento por visión estereoscópica y restricciones de campo de visión. Se introducen dos estrategias originales dentro del marco del DMPC: una estrategia de recaptura de objetivo cooperativa en altitud que reduce la duración total de pérdida del objetivo en aproximadamente 7 s en comparación con las líneas base de altitud fija, mientras que una estrategia de reconfiguración de formación distribuida restaura el seguimiento estable en 10 s después de un fallo de miembro y asegura una separación segura entre UAV. Un controlador de seguimiento de trayectoria multi-restricción basado en DMPC-SQP logra la co-optimización en tiempo real de la evitación de amenazas, el mantenimiento de la formación y la precisión del seguimiento. Los resultados de simulación en entornos de alta amenaza demuestran una tasa de viabilidad de Programación Cuadrática del 93.4%, con un error medio de seguimiento reducido en un 25.4% en comparación con el DMPC de altitud fija y un 48.7% en comparación con métodos basados en el Regulador Cuadrático Lineal (LQR), manteniendo un rendimiento robusto bajo un retraso de comunicación de 300 ms, ruido de sensor y perturbaciones de viento moderadas.