SCENARIO-PRECEDENT APPROACHES TO THE COORDINATION OF HETEROGENEOUS UNMANNED AERIAL VEHICLE ENSEMBLES

Authors

DOI:

https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.2.48

Keywords:

heterogeneous unmanned aerial vehicles, agent coordination, scenario-precedent approach, adaptive algorithm, machine learning, reinforcement learning, precedent database, decentralized control, autonomous systems, artificial intelligence

Abstract

The article addresses the pressing issue of coordinating heterogeneous ensembles of unmanned aerial vehicles (UAVs) under conditions of high dynamism and uncertainty. A coordination approach based on a scenario-precedent model is proposed, which integrates elements of centralized, decentralized, and hybrid control. Particular attention is paid to the effective distribution of tasks among different types of UAVs, considering their unique capabilities and limitations.The objective of the study is to develop a flexible and adaptive approach capable of ensuring effective interaction among agents with diverse characteristics.The research envisions the creation of a precedent database that will enable the use of accumulated experience to select relevant mission execution scenarios. An adaptive coordination algorithm is proposed, based on a combination of machine learning methods (neural networks) and reinforcement learning, to implement real-time dynamic adaptation.The proposed architecture also includes mechanisms for communication and information exchange between individual UAVs to ensure coherence of actions. The influence of the quality and volume of the precedent database on coordination efficiency is separately analyzed. The algorithm also considers the possibility of unforeseen situations and the need for rapid replanning of actions. The planned simulation allows for a comparative analysis of the effectiveness of the developed approach against existing methods, particularly in terms of decision-making speed and fault tolerance.The results of the study demonstrate that the use of the scenario-precedent approach contributes to reducing decision- making time, increasing system flexibility, and enhancing resilience in a dynamic environment. The findings confirm the relevance of further development of the proposed model, particularly by expanding the precedent database and improving the adaptation algorithms.

References

Голембо В. А., Мельніков Р. Г. Організація роботи групи безпілотних літальних апаратів. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». 2018. № 905. С. 56–63. URL: https://ena.lpnu.ua:8443/server/api/core/bitstreams/4c1f9ca3-fc34-4de0-9e49-a735f35ccdc2/content (дата звернення: 06.05.2025).

Smith J., Brown R. Coordination of Heterogeneous UAVs: Challenges and Approaches. Journal of Robotics. 2022. Vol. 9. No.314. P. 45–58.

Берневек І., Головко О., Роса Т., Корнєєв В., Яремко О. Дослідження та алгоритми інтегрованого керування групою безпілотних літальних апаратів. Infocommunication technologies and electronic engineering. 2024. Т. 4. № 2. С. 29–37.

Miller T., Garcia F. Reinforcement Learning for Adaptive UAV Coordination. International Journal of Intelligent Systems. 2023 Vol. 3. No. 235. P. 96–111.

Шерстюк В. Г., Левківський Р. М., Гусєв В. М., Сокол І. В., Доровська І. О. Метод пошуку безпечних траєкторій руху безпілотних апаратів. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2021. № 1. С. 113–125.

Додонов О. В. Концептуальне проєктування автоматизованої системи управління групою безпілотних літальних апаратів із використанням методу категорійного аналізу. Математичні машини і системи: науковий журнал. 2020. № 4. С. 33–48.

Sherstiuk V. G., Zharikova M., Levkivskyi R. M., Husiev V. M., Sokol I. V. Cooperative Collision Avoidance Method for Large Teams of Unmanned Aerial Vehicles. IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology. 2020 P. 832–837.

Бережний О. В. Моделі системи колективної самоорганізації безпілотних літальних апаратів. Системи управління, навігації та зв’язку. 2024. Т. 2. № 76. С. 47–52.

Шерстюк В. Г., Доровська І. В., Левківський Р. М., Гусєв В. М. Оцінка подібності ситуацій в сценарно-прецедентних системах управління: просторові міри. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2020. Т. 1, № 1. С. 162–174.

Шерстюк В. Г., Сокол І. В., Гусєв В. М., Левківський Р. М. Динамічне планування траєкторій руху безпілотних апаратів в процесі виконання складних операцій. Проблеми інформаційних технологій. 2020. № 27. С. 7–22.

Гусєв В. М., Шерстюк В. Г., Левківський Р. М., Сокол І. В. Модель сценарно-прецедентного керування спільним рухом великих гетерогенних ансамблів безпілотних апаратів. Проблеми інформаційних технологій. 2019. № 25. С. 4–17.

Шерстюк В. Г., Левківський Р. М., Гусєв В. М., Сокол І. В. Розподілені моделі синхронізації інформаційних структур ансамблю безпілотних апаратів. Проблеми інформаційних технологій. 2019. № 26. С. 7–20.

Журавська І. М. Мусієнко М. П. Мобільна система керування гетерогенною рухомою мережею безпілотних апаратів. Збірник наукових праць Центрального науково-дослідного інституту озброєння та військової техніки ЗСУ. 2017. № 57. С. 30–40.

Chen, J., Zhang, X., Xin, B. & Fang, H. Coordination Between Unmanned Aerial and Ground Vehicles: A Taxonomy and Optimization Perspective. IEEE Transactions on Cybernetics, Vol. 46. № 4. P. 959–972.

Published

2025-06-05