Localización Pasiva Solo por Dirección y Ajuste Optimizado para Formaciones de UAV Bajo Silencio Electromagnético
Autores: Li, Shangjie; Lei, Hongtao; Zhu, Cheng; Ruan, Yirun; Feng, Qingquan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Localización Pasiva Solo por Dirección y Ajuste Optimizado para Formaciones de UAV Bajo Silencio Electromagnético
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Investigación
Control de formación de UAV
Localización pasiva
Silencio electromagnético
Algoritmo genético
Ajuste
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La investigación existente ha logrado avances significativos en el control de formaciones de UAV, particularmente en la localización activa y ciertos métodos pasivos. Sin embargo, estos enfoques enfrentan limitaciones sustanciales en entornos electromagnéticamente silenciosos, a menudo basándose en suposiciones fuertes como posiciones de emisores completamente conocidas y estacionarias. Para superar estos desafíos, este documento propone un marco integral para la localización pasiva solo por dirección y el ajuste de formaciones de UAV bajo estrictas restricciones de silencio electromagnético. Desarrollamos sistemáticamente tres modelos centrales: (1) un modelo de triangulación geométrica para escenarios con tres emisores conocidos, que permite la ubicación única de objetivos; (2) un mecanismo de identificación jerárquica que aprovecha una base de datos de ángulos para resolver la ambigüedad de etiquetas cuando algunos emisores son desconocidos; y (3) una estrategia cooperativa cíclica, Perceive-Explore-Judge-Execute (PEJE), optimizada a través de un algoritmo genético mejorado con búsqueda de vecindario discreto adaptativa (GA-IADNS), para el ajuste dinámico de formaciones. Simulaciones extensivas demuestran que nuestros métodos propuestos exhiben una gran robustez, rápida convergencia y alta precisión de ajuste a través de diversas desviaciones iniciales. Específicamente, después del ajuste, la desviación radial máxima de todos los UAV desde la posición deseada es inferior a 0.0001 m, y la desviación angular máxima está dentro de 0.00013 grados; incluso para el escenario de desviación inicial del 30%R, el error posicional final sigue siendo negligible. Además, experimentos comparativos con un Algoritmo Genético estándar (GA) confirman que GA-IADNS logra un rendimiento superior: alcanza una aptitud promedio máxima estable en la sexta generación (frente a la falta de convergencia obvia de GA incluso después de 20 generaciones), reduce el tiempo de convergencia en más del 70%, y mejora la precisión final de ajuste en más del 95% en relación con GA. Estos resultados mejoran significativamente la capacidad de control colaborativo autónomo de las formaciones de UAV en condiciones electromagnéticas desafiantes.
Descripción
La investigación existente ha logrado avances significativos en el control de formaciones de UAV, particularmente en la localización activa y ciertos métodos pasivos. Sin embargo, estos enfoques enfrentan limitaciones sustanciales en entornos electromagnéticamente silenciosos, a menudo basándose en suposiciones fuertes como posiciones de emisores completamente conocidas y estacionarias. Para superar estos desafíos, este documento propone un marco integral para la localización pasiva solo por dirección y el ajuste de formaciones de UAV bajo estrictas restricciones de silencio electromagnético. Desarrollamos sistemáticamente tres modelos centrales: (1) un modelo de triangulación geométrica para escenarios con tres emisores conocidos, que permite la ubicación única de objetivos; (2) un mecanismo de identificación jerárquica que aprovecha una base de datos de ángulos para resolver la ambigüedad de etiquetas cuando algunos emisores son desconocidos; y (3) una estrategia cooperativa cíclica, Perceive-Explore-Judge-Execute (PEJE), optimizada a través de un algoritmo genético mejorado con búsqueda de vecindario discreto adaptativa (GA-IADNS), para el ajuste dinámico de formaciones. Simulaciones extensivas demuestran que nuestros métodos propuestos exhiben una gran robustez, rápida convergencia y alta precisión de ajuste a través de diversas desviaciones iniciales. Específicamente, después del ajuste, la desviación radial máxima de todos los UAV desde la posición deseada es inferior a 0.0001 m, y la desviación angular máxima está dentro de 0.00013 grados; incluso para el escenario de desviación inicial del 30%R, el error posicional final sigue siendo negligible. Además, experimentos comparativos con un Algoritmo Genético estándar (GA) confirman que GA-IADNS logra un rendimiento superior: alcanza una aptitud promedio máxima estable en la sexta generación (frente a la falta de convergencia obvia de GA incluso después de 20 generaciones), reduce el tiempo de convergencia en más del 70%, y mejora la precisión final de ajuste en más del 95% en relación con GA. Estos resultados mejoran significativamente la capacidad de control colaborativo autónomo de las formaciones de UAV en condiciones electromagnéticas desafiantes.