本發(fā)明涉及固定翼無(wú)人機(jī)集群，尤其涉及一種固定翼無(wú)人機(jī)集群動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法。

背景技術(shù)：

1、無(wú)人機(jī)（unmanned?aerial?vehicle,?uav）具有易操作、低成本、可持續(xù)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)民用和軍事領(lǐng)域。例如使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行地理信息測(cè)繪、農(nóng)植農(nóng)保、火災(zāi)救援；在地震、海嘯等自然災(zāi)害救援中使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行通訊中繼保障、災(zāi)情監(jiān)測(cè)等。

2、其中固定翼無(wú)人機(jī)集群憑借續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、航程大、可執(zhí)行多類(lèi)型任務(wù)等優(yōu)勢(shì)在工農(nóng)業(yè)、救援、科學(xué)研究和軍事方面具備廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)任務(wù)場(chǎng)景復(fù)雜多變，單一無(wú)人機(jī)無(wú)法有效保證任務(wù)執(zhí)行效果，需要多架無(wú)人機(jī)協(xié)同執(zhí)行任務(wù)。由于任務(wù)需求可能隨動(dòng)態(tài)場(chǎng)景隨時(shí)變化，需要能對(duì)總航程最短、總時(shí)間最短、任務(wù)價(jià)值收益最大三類(lèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整，獲得最優(yōu)的任務(wù)分配結(jié)果；同時(shí)任務(wù)分配結(jié)果還需要滿足無(wú)人機(jī)性能約束條件和相關(guān)任務(wù)要求，任務(wù)分配算法需要在較短時(shí)間內(nèi)快速為各架無(wú)人機(jī)規(guī)劃出合理的任務(wù)執(zhí)行序列，以滿足動(dòng)態(tài)環(huán)境下任務(wù)分配快速性需求；此外，若遭遇突發(fā)事件，如無(wú)人機(jī)故障損毀或緊急新增任務(wù)等，任務(wù)分配算法需要快速響應(yīng)，盡可能降低突發(fā)事件影響，滿足任務(wù)分配魯棒性需求。

3、因此，本發(fā)明提出一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，以解決在有經(jīng)濟(jì)性或任務(wù)完成快速性、魯棒性要求時(shí)，多架固定翼無(wú)人機(jī)集群動(dòng)態(tài)協(xié)同分配的任務(wù)目標(biāo)個(gè)數(shù)和任務(wù)執(zhí)行順序問(wèn)題。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，包括以下步驟：

3、s1，獲取環(huán)境狀態(tài)信息、無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息、任務(wù)狀態(tài)信息；

4、s2，結(jié)合上述狀態(tài)信息，構(gòu)建任務(wù)分配數(shù)學(xué)模型；

5、s3，根據(jù)無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息和任務(wù)分配要求，各無(wú)人機(jī)選擇性更新待執(zhí)行任務(wù)序列集合；

6、s4，鄰域無(wú)人機(jī)通過(guò)通信鏈路共享任務(wù)狀態(tài)信息，對(duì)沖突任務(wù)進(jìn)行協(xié)商；

7、s5，獲取突發(fā)事件信息；

8、s6，根據(jù)當(dāng)前突發(fā)事件及任務(wù)狀態(tài)信息，更新各無(wú)人機(jī)機(jī)載的環(huán)境狀態(tài)信息、無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息、任務(wù)狀態(tài)信息；

9、s7，循環(huán)執(zhí)行s3-s6，直至集群無(wú)人機(jī)任務(wù)分配結(jié)果一致，輸出最終任務(wù)分配結(jié)果。

10、作為優(yōu)選，s1中無(wú)人機(jī)獲取信息包括環(huán)境、集群無(wú)人機(jī)及任務(wù)的狀態(tài)信息。

11、進(jìn)一步地，環(huán)境狀態(tài)信息包括任務(wù)區(qū)域地理信息及無(wú)人機(jī)規(guī)避區(qū)域。

12、進(jìn)一步地，無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息包括當(dāng)前無(wú)人機(jī)數(shù)量、每架無(wú)人機(jī)的編號(hào)、構(gòu)型編號(hào)、位置坐標(biāo)、巡航速度、剩余最大航程、剩余最大飛行時(shí)長(zhǎng)、健康狀態(tài)、已完成任務(wù)編號(hào)集合。

13、進(jìn)一步地，任務(wù)狀態(tài)信息包括任務(wù)數(shù)量、每一任務(wù)的編號(hào)、任務(wù)構(gòu)型編號(hào)、優(yōu)先級(jí)、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)位置坐標(biāo)、任務(wù)完成時(shí)間約束、任務(wù)價(jià)值量。

14、作為優(yōu)選，s2中構(gòu)建任務(wù)分配數(shù)學(xué)模型包括設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和約束條件。

15、進(jìn)一步地，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括集群無(wú)人機(jī)總航程、任務(wù)執(zhí)行時(shí)間及任務(wù)價(jià)值，且每一評(píng)價(jià)指標(biāo)可根據(jù)權(quán)值參數(shù)進(jìn)行權(quán)重調(diào)整。

16、進(jìn)一步地，約束條件包括無(wú)人機(jī)協(xié)同約束、無(wú)人機(jī)剩余航程約束、無(wú)人機(jī)最大任務(wù)執(zhí)行數(shù)量約束。

17、作為優(yōu)選，s3中更新待執(zhí)行任務(wù)序列集合包括構(gòu)建可執(zhí)行任務(wù)列表和任務(wù)選擇。

18、進(jìn)一步地，無(wú)人機(jī)根據(jù)自身及任務(wù)狀態(tài)信息，按照數(shù)學(xué)模型中的約束條件，將可執(zhí)行任務(wù)編號(hào)添加至當(dāng)前可執(zhí)行任務(wù)列表。

19、進(jìn)一步地，無(wú)人機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型中的評(píng)價(jià)指標(biāo)，依據(jù)貪婪準(zhǔn)則，依次按順序添加任務(wù)至可執(zhí)行任務(wù)列表，直至無(wú)法再添加新任務(wù)為止。

20、作為優(yōu)選，s4中無(wú)人機(jī)對(duì)待執(zhí)行任務(wù)序列集合中沖突的任務(wù)進(jìn)行協(xié)商，包括共享的任務(wù)信息內(nèi)容和協(xié)商方式。

21、進(jìn)一步地，共享的任務(wù)狀態(tài)信息包括各任務(wù)中標(biāo)無(wú)人機(jī)編號(hào)、中標(biāo)價(jià)、各任務(wù)當(dāng)前狀態(tài)、各任務(wù)無(wú)人機(jī)到達(dá)時(shí)刻、無(wú)人機(jī)等待時(shí)長(zhǎng)、任務(wù)開(kāi)始時(shí)刻、任務(wù)執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)、任務(wù)結(jié)束時(shí)刻及任務(wù)延遲時(shí)長(zhǎng)。

22、進(jìn)一步地，內(nèi)容協(xié)商方式為：鄰域無(wú)人機(jī)接收到其他無(wú)人機(jī)任務(wù)信息，通過(guò)與自身任務(wù)信息進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)任務(wù)分配一致性規(guī)則表，更新自身任務(wù)信息內(nèi)容，獲得滿足一致性要求的任務(wù)分配結(jié)果。

23、進(jìn)一步地，得出的分配結(jié)果為，每架無(wú)人機(jī)分配的目標(biāo)編號(hào)及執(zhí)行順序。

24、作為優(yōu)選，s5中突發(fā)事件信息包括某架無(wú)人機(jī)損毀、持續(xù)通信故障、緊急新增或取消任務(wù)。

25、作為優(yōu)選，s6中突發(fā)事件后需更新的要素包括環(huán)境、無(wú)人機(jī)、任務(wù)的狀態(tài)信息。

26、進(jìn)一步地，更新的環(huán)境狀態(tài)信息包括新增或取消的地理信息、規(guī)避區(qū)域；

27、進(jìn)一步地，更新的無(wú)人機(jī)狀態(tài)信息包括當(dāng)前無(wú)人機(jī)數(shù)量、每架無(wú)人機(jī)的位置坐標(biāo)、健康狀態(tài)、已完成任務(wù)編號(hào)集合；

28、進(jìn)一步地，更新的任務(wù)狀態(tài)信息包括當(dāng)前任務(wù)數(shù)量、每一任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)位置坐標(biāo)、任務(wù)價(jià)值量。

29、作為優(yōu)選，s7中輸出的任務(wù)分配結(jié)果為每架無(wú)人機(jī)分配的目標(biāo)編號(hào)及執(zhí)行順序。

30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明豐富了評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際動(dòng)態(tài)任務(wù)場(chǎng)景，實(shí)時(shí)調(diào)整任務(wù)分配的優(yōu)化目標(biāo)，使得任務(wù)分配結(jié)果更好適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境需要；同時(shí)設(shè)計(jì)了待執(zhí)行任務(wù)序列中各個(gè)任務(wù)的狀態(tài)，考慮了關(guān)鍵突發(fā)事件對(duì)任務(wù)分配過(guò)程的影響，進(jìn)一步提高了固定翼無(wú)人機(jī)集群動(dòng)態(tài)環(huán)境下任務(wù)分配的魯棒性和有效性。

技術(shù)特征：

1.一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，步驟包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述s1包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述s2包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述s3包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述s4包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述突發(fā)事件信息包括某架無(wú)人機(jī)損毀、持續(xù)通信故障、緊急新增或取消任務(wù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，所述s6包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法，其特征在于，任務(wù)分配結(jié)果為每架無(wú)人機(jī)的任務(wù)編號(hào)及任務(wù)執(zhí)行順序。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種固定翼無(wú)人機(jī)集群分布式動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法。包括以下步驟：S1，獲取環(huán)境、無(wú)人機(jī)、任務(wù)的狀態(tài)信息；S2，結(jié)合任務(wù)要求和前述狀態(tài)信息，構(gòu)建任務(wù)分配數(shù)學(xué)模型；S3，各無(wú)人機(jī)根據(jù)自身狀態(tài)和任務(wù)要求，更新待執(zhí)行任務(wù)序列；S4，鄰域無(wú)人機(jī)通過(guò)鏈路共享任務(wù)信息，協(xié)商沖突任務(wù)；S5，獲取突發(fā)事件信息；S6，根據(jù)突發(fā)事件信息及任務(wù)狀態(tài)，更新前述狀態(tài)信息；S7，循環(huán)執(zhí)行S3?S6，直至獲得一致的任務(wù)分配結(jié)果，輸出最終任務(wù)分配結(jié)果。通過(guò)設(shè)計(jì)多種評(píng)價(jià)指標(biāo)和約束條件，構(gòu)建了集群任務(wù)分配數(shù)學(xué)模型；結(jié)合交互信息和突發(fā)事件，求解該數(shù)學(xué)模型；本發(fā)明能夠在保證分配結(jié)果有效性的同時(shí)，降低集群通信要求，提升動(dòng)態(tài)任務(wù)分配結(jié)果魯棒性。

技術(shù)研發(fā)人員：文鵬程,周濤,賈懷智,劉明奇,羅麗紅,郭亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川騰盾科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21