Modèle de régression linéaire multivariée basé sur le croisement

Jun 28, 2023

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12750 (2023) Citer cet article

Détails des métriques

Les formations statiques d'essaims de drones giravions, utilisées par exemple dans la gestion des catastrophes, sont sujettes aux intrusions, et doivent supporter le coût du maintien de la formation tout en évitant les collisions qui entraînent leur consommation énergétique accrue. Même si le comportement de l'intrus est imprévisible, la formation peut définir ses paramètres pour tenter d'équilibrer le coût de l'évitement avec sa fonctionnalité. Le nouveau modèle présenté dans cet article aide à la sélection des valeurs des paramètres. Elle s'appuie sur une régression linéaire multivariée, et fournit une estimation de la perturbation moyenne provoquée par un intrus en fonction des valeurs des paramètres d'une formation. L'entropie croisée est utilisée comme mesure de la perturbation, et les données basées sont générées par des simulations. Le modèle explique jusqu'à 54,4 % de la variabilité de la valeur de l'entropie croisée, fournissant des résultats deux fois meilleurs que l'estimateur de base de l'entropie croisée moyenne.

Les formations statiques de drones sont largement utilisées pour diverses applications1, telles que celles impliquant des observations aériennes continues2,3,4, l'attribution de différentes tâches5, la surveillance des intrusions6, les mesures de la qualité de l'air7,8 ou l'interception de roquettes et de missiles balistiques9. La formation doit être maintenue même en présence d'intrus indésirables ou indésirables qui introduisent une perturbation dans la formation. Les algorithmes anti-collision peuvent aider les drones à éviter un intrus en les obligeant à exécuter des manœuvres d’évitement de collision10 et à revenir à leurs positions dans la formation.

Deux des principales préoccupations liées à la gestion des drones sont l'utilisation de l'énergie et l'accomplissement de la mission. Ceux-ci sont particulièrement importants pour les drones giravions alimentés par batterie, dans lesquels l’approvisionnement en énergie est limité. Lors de la planification d'une mission, il est donc important d'utiliser un modèle capable d'anticiper la consommation d'énergie. Bien que de tels modèles existent11,12, ils ne prennent pas en compte la consommation d’énergie supplémentaire due à une perturbation provoquée par un intrus, qui dans certains cas peut être le facteur décisif pour atteindre les objectifs de l’essaim.

Il faut également considérer que tant les paramètres de l’essaim que la trajectoire de l’intrus peuvent affecter le niveau de désorganisation, et donc la consommation d’énergie et le coût. Bien que les gestionnaires de l'essaim ne puissent pas influencer la manière dont l'intrus s'approche de l'essaim, ils peuvent modifier les paramètres de l'essaim lui-même en prévision de l'intrusion. Pour ce faire, ils ont besoin d'être guidés et informés sur les relations entre les différents paramètres et la désorganisation moyenne attendue associée à l'intrusion.

Cet article présente un nouveau modèle pour l'estimation de la désorganisation, dans lequel l'entropie croisée est utilisée comme mesure de la désorganisation. À notre connaissance, il s’agit du premier modèle de ce type et il offre des améliorations significatives par rapport aux pratiques existantes basées sur l’expérience et la réglementation. Le modèle est destiné à aider les opérateurs, les concepteurs et les gestionnaires d'essaims à définir les paramètres d'une formation de drones afin de minimiser les dépenses associées à l'intrusion, minimisant ainsi la consommation d'énergie et augmentant l'efficacité de la mission. Une meilleure compréhension des relations entre les paramètres de l'essaim et le degré de désorganisation qui peut être toléré tout en évitant l'intrus pourrait conduire à de meilleures conceptions en termes de maintien de formations qui soient à la fois efficaces pour produire les résultats souhaités et efficientes pour éviter l'intrus. intrus, avec une perte d’énergie acceptable.

La nouveauté de ce travail réside dans les éléments suivants :

Le développement d’un modèle unique d’estimation de la désorganisation ;

L'utilisation de l'entropie croisée comme mesure de la désorganisation de la formation ;