AAV Swarm Cooperative Search for Moving Targets via Hybrid-Rewards Deep Reinforcement Learning

计算机科学 强化学习 趋同(经济学) 群体行为 光学(聚焦) 人工智能 限制 分解 钥匙(锁) 补偿(心理学) 收敛速度 方案(数学) 搜救 控制器(灌溉) 车辆动力学 搜索算法 深度学习 机器学习 遥控水下航行器
作者
Gaoqing Shen,Yuyang Yao,Lei Lei,Xiaolang Zhu,Pan Cao,X. Liu,X. Qian
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:13 (1): 650-665
标识
DOI:10.1109/jiot.2025.3624020
摘要

With the rapid development of low-altitude economies, unmanned aerial vehicle (UAV) swarm has attracted growing interest for cooperative target search. However, most existing studies focus on static targets and assume UAVs operate at a single horizontal altitude, limiting their practical applicability. This paper proposes a novel multi-UAV cooperative search framework for moving targets based on multi-agent deep reinforcement learning (MADRL). By coordinating UAVs across high, medium, and low-altitude layers, the system achieves improved search efficiency through altitude-adaptive operations. We further introduce a revisit-time compensation mechanism to enhance detection performance for moving targets in a multi-layer UAV swarm. To address the challenges of slow convergence and sparse feedback in MADRL, we propose hybrid-reward-based value decomposition networks (HRVDN) algorithm that integrates dense local rewards with sparse global rewards, accelerating learning while encouraging agents to collect high-value information. Simulation results demonstrate that the proposed approach outperforms existing methods in terms of target search rate and area coverage.
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