Asynchronous Curriculum Experience Replay: A Deep Reinforcement Learning Approach for UAV Autonomous Motion Control in Unknown Dynamic Environments

强化学习 马尔可夫决策过程 计算机科学 稳健性(进化) 异步通信 趋同(经济学) 人工智能 马尔可夫过程 机器学习 计算机网络 统计 经济增长 生物化学 经济 数学 化学 基因
作者
Zijian Hu,Xiaoguang Gao,Kaifang Wan,Qianglong Wang,Yiwei Zhai
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 1-16 被引量:12
标识
DOI:10.1109/tvt.2023.3285595
摘要

Unmanned aerial vehicles (UAVs) have been widely used in military warfare, and realizing safely autonomous motion control (AMC) in complex unknown environments is a challenge to face. In this paper, we formulate the AMC problem as a Markov decision process (MDP) and propose an advanced deep reinforcement learning (DRL) method that allows UAVs to execute complex tasks in different environments. Aiming to overcome the limitations of the prioritized experience replay (PER), the proposed asynchronous curriculum experience replay (ACER) uses multithreads to asynchronously update the priorities and assigns the true priorities to increase the diversity of experiences. It also applies a temporary pool to enhance learning from new experiences and changes the fashion of experience pool to first-in-useless-out (FIUO) to make better use of old experiences. In addition, combined with curriculum learning (CL), a more reasonable training paradigm is designed for ACER to train UAV agents smoothly. By training in a large-scale dynamic environment constructed based on the parameters of a real UAV, ACER improves the convergence speed by 24.66% and the convergence result by 5.59% compared to the twin delayed deep deterministic policy gradient (TD3) algorithm. The testing experiments carried out in environments with different complexities further demonstrate the strong robustness and generalization ability of the ACER agents.
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