基于去中心化LiDAR蜂群的可见性感知协同空中跟踪
机器人学
2025-12-02 v1
摘要
无人机自主空中跟踪在监视、电影制作和工业检测应用中具有巨大潜力。虽然单无人机跟踪系统已被广泛研究，但基于蜂群的目标跟踪仍研究不足，尽管其具有分布式感知、容错冗余和多方向目标覆盖的独特优势。为弥补这一差距，我们提出了一种新颖的去中心化LiDAR蜂群跟踪框架，能够在复杂环境中实现可见性感知的协同目标跟踪，同时充分利用蜂群系统的独特能力。为解决可见性问题，我们引入了一种新颖的基于球面符号距离场（SSDF）的3-D环境遮挡表示度量，并结合一种高效的实时机载SSDF更新算法。提出了一种通用的视场角（FOV）对齐代价以支持异构LiDAR配置，实现一致的目标观测。通过协同代价增强蜂群协调，这些代价强制机器人间安全间距、防止相互遮挡，并通过一种新颖的静电势启发式分布度量显著促进3-D多方向目标包围。这些创新被集成到一个层次化规划器中，结合运动学动力学前端搜索器与时空SE(3)后端优化器，生成无碰撞、可见性优化的轨迹。在异构LiDAR蜂群上部署，我们的完全去中心化实现具有协同感知、分布式规划和动态蜂群可重构性。通过在杂乱户外环境中的严格真实世界实验验证，所提出的系统展示了敏捷目标（无人机、人类）的鲁棒协同跟踪，同时实现了优越的可见性保持。
引用
@article{arxiv.2512.01280,
title = {Visibility-aware Cooperative Aerial Tracking with Decentralized LiDAR-based Swarms},
author = {Longji Yin and Yunfan Ren and Fangcheng Zhu and Liuyu Shi and Fanze Kong and Benxu Tang and Wenyi Liu and Ximin Lyu and Fu Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.01280},
year = {2025}
}