A Learning-Based Cooperative Navigation Approach for Multi-UAV Systems Under Communication Coverage

计算机科学 实时计算 通信系统 人工智能 计算机网络
作者
Di Wu,Zhuang Cao,Xudong Lin,Feng Shu,Zikai Feng
出处
期刊:IEEE Transactions on Network Science and Engineering [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12 (2): 763-773 被引量:20
标识
DOI:10.1109/tnse.2024.3517872
摘要

In multi-unmanned aerial vehicle (UAV) systems cooperative navigation under the communication coverage of ground base stations, UAVs encounter challenges in maintaining reliable communication, ensuring flight safety, and achieving efficient collaboration. To address these challenges, this study formulates the cooperative navigation problem as a Markov game and introduces a two-stream graph multi-agent proximal policy optimization (two-stream GMAPPO) algorithm based on the graph neural network (GNN). We model UAVs and other entities as graph-structured data, aggregate the node information of these graph-structured data through the GNN module, and extract potential features related to UAVs. This allows UAVs to obtain richer local information. Through the two-stream network structure, the extracted potential features related to UAVs are combined with the state space of UAVs to enhance adaptability to environmental changes and improve navigation safety. Simulation results demonstrate that the proposed method significantly outperforms baseline algorithms in both mean reward and convergence speed, confirming the superior performance of two-stream GMAPPO.
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