arXiv cs.AI· Minh Bui, Simon Monckton, Mo Chen·· 13 小时前AI 评分18
基于分解方法的无人机 Reach-Avoid 微分博弈与可达性分析
Reach-Avoid Differential game with Reachability Analysis for UAVs: A decomposition approach
AI 导读
研究提出一种降维框架，将三维空间中的 Reach-Avoid 博弈分解为水平与垂直两个子博弈，分别用 Hamilton-Jacobi 可达性分析求解，并考虑防御者加速度的二阶动力学。作者为每个子博弈引入基于 HJ 的跟踪控制算法，证明捕获保证得以维持，并在 Gazebo 物理模拟器中首次实现四旋翼飞行器的三维成功捕获。
正文 · AI 翻译
摘要：到达-规避（RA）博弈在安全与防御领域有重要应用，尤其是针对无人机（UAV）。这类问题本质上具有挑战性，因为需要考虑障碍物、考虑对手的对抗性、确保最优性，并考虑非线性动力学。Hamilton-Jacobi（HJ）可达性分析已成为应对这些挑战的有力工具；然而，尽管它已被应用于涉及两个空间维度的博弈，但由于高维性，直接将这一方法扩展到三个空间维度是不可能的。另一方面，求解 RA 博弈的替代方法缺乏通用性，无法考虑涉及具有非平凡系统动力学的智能体的三维空间博弈。在这项工作中，我们提出了一种新颖的降维框架，将问题分解为水平 RA 子博弈和垂直 RA 子博弈。然后，我们使用 HJ 可达性分析求解每个子博弈，并考虑计入防御者加速度的二阶动力学。为了从子博弈重建原始 RA 博弈的解，我们在每个子博弈中引入了一种基于 HJ 的跟踪控制算法，该算法不仅保证捕获攻击者，而且此后还能跟踪攻击者。我们证明了维持捕获保证的条件。通过数值仿真证明了我们方法的有效性，表明该分解保持了原始问题中的最优性和保证。我们的方法还在 Gazebo 物理模拟器中得到了验证，据我们所知，首次在三维空间中成功捕获了四旋翼飞行器。
| 评论： | 论文第 1 版已被《制导、控制与动力学杂志》（JGCD）接收。第 2 版加强了水平不变性并更新了实验中的图表 |
| 主题： | 系统与控制（eess.SY）；人工智能（cs.AI）；计算机科学与博弈论（cs.GT） |
| 引用为： | arXiv:2512.22793 [eess.SY] |
| （或 arXiv:2512.22793v2 [eess.SY] 用于此版本） | |
| https://doi.org/10.48550/arXiv.2512.22793 由 DataCite 颁发的 arXiv DOI |
|
| 相关 DOI： | https://doi.org/10.2514/1.G009391
链接到相关资源的 DOI |
提交历史
来自：Minh Bui [查看电子邮件]
[v1]
2025年12月28日星期日 05:34:11 UTC（879 KB）
[v2]
2026年10月26日星期一 18:25:22 UTC（1,213 KB）
来源：arXiv cs.AI · arxiv.org