Game-Theoretic Decision-Making and Payoff Design for UAV Collision Avoidance in a Three-Dimensional Airspace

避碰 随机博弈 计算机科学 纳什均衡 博弈论 碰撞 空中交通管制 空中交通管理 运筹学 模拟 数学优化 计算机安全 工程类 航空航天工程 数学 数理经济学
作者
Meryem Deniz,Lu‐Tao Zhao,Yan Wan,Frank L. Lewis
出处
期刊:Unmanned Systems [World Scientific]
卷期号:12 (03): 499-509 被引量:2
标识
DOI:10.1142/s2301385024420020
摘要

Safety and efficiency are primary goals of air traffic management. With the integration of unmanned aerial vehicles (UAVs) into the airspace, UAV traffic management (UTM) has attracted significant interest in the research community to maintain the capacity of three-dimensional (3D) airspace, provide information, and avoid collisions. We propose a new decision-making architecture for UAVs to avoid collision by formulating the problem into a multi-agent game in a 3D airspace. In the proposed game-theoretic approach, the Ego UAV plays a repeated two-player normal-form game, and the payoff functions are designed to capture both the safety and efficiency of feasible actions. An optimal decision in the form of Nash equilibrium (NE) is obtained. Simulation studies are conducted to demonstrate the performance of the proposed game-theoretic collision avoidance approach in several representative multi-UAV scenarios.
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