[发明专利]一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法

权利要求书

1.一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，其特征在于，通过作为分布式架构主节点的决策无人机和从节点的集群无人机实现，包括如下步骤：

(1)决策无人机向各集群无人机分配任务并发送执行指令：

(1a)决策无人机确定集群无人机状态，包括集群无人机的数量、各集群无人机飞行参数和续航能力；

(1b)决策无人机确定待执行任务情况，包括任务数目、任务目标位置和任务性质；

(1c)决策无人机根据集群无人机状态和待执行任务情况，向各集群无人机分配待执行任务，并发送执行指令；

(2)各集群无人机根据决策无人机发送的执行指令执行任务，并通过心跳机制与决策无人机进行通信，向决策无人机发送各自的飞行位置、续航能力和任务执行情况数据；

(3)决策无人机对各集群无人机任务进行优化调度：

(3a)决策无人机对集群无人机状态和任务执行情况进行实时监控，得到实时环境态势评估结果，并根据接收到的各集群无人机发送的数据和决策无人机监控得到的实时环境态势评估结果，判断是否进行任务优化调度，若是，执行步骤(3b)，否则各集群无人机按原执行指令继续执行任务；其中，决策无人机实时监控的各集群无人机状态和任务执行情况，包括各集群无人机飞行位置和续航能力，以及当前任务数目、任务目标位置和任务性质；

(3b)决策无人机根据监控到的当前各集群无人机状态和任务情况，制定不同决策方案：

当决策无人机监控到有集群无人机运行异常或者集群无人机续航能力无法支持其完成任务时，重新确定可以继续执行任务的集群无人机数目，并统计出现异常的集群无人机无法执行的任务，确定可以代替异常无人机执行任务的集群无人机；

当决策无人机监控到任务数目增加时，确定新出现的任务目标位置和有能力完成新任务的集群无人机；

当决策无人机监控到任务数目减少时，确定执行该任务的集群无人机，向该集群无人机发送暂停指令，集群无人机暂停执行该任务并等待接收新的任务指令；

(3c)决策无人机根据不同的决策方案，将重新确定的任务及其对应的飞行路径分配给各集群无人机；

(4)各集群无人机根据各自的飞行路径，执行重新确定的任务，并保持编队；

(5)决策无人机监控各集群无人机任务完成情况，当全部任务完成时，发送返航指令，无人机群降落到指定区域。

2.根据权利要求1所述的一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，其特征在于，步骤(2)中所述的各集群无人机根据决策无人机发送的执行指令执行任务，并通过心跳机制与决策无人机进行通信，实现步骤为：

(2a)各集群无人机每隔一段时间向决策无人机发送一个数据包并等待决策无人机的返回数据，发送的数据包内的数据包括集群无人机的ID、当前飞行位置、续航能力和任务完成情况；

(2b)决策无人机对接收到的各集群无人机发送的数据包进行解析，得到各集群无人机发送的数据并向各集群无人机回复一个相应的数据包，回复的数据包的数据包括为集群无人机分配的任务、规划的飞行路径和环境态势信息；

(2c)各集群无人机接收决策无人机回复的数据包，完成一次心跳通信。

3.根据权利要求1所述的一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，其特征在于，步骤(1a)中所述的各集群无人机飞行参数，包括各集群无人机传输模块的信号质量、任务执行模块的反应速度、无人机飞行姿态和实时三维坐标位置。

4.根据权利要求1所述的一种动态环境下的无人机群分布式任务调度方法，其特征在于，步骤(3a)中所述的决策无人机对集群无人机状态和任务执行情况进行实时监控，得到实时环境态势评估结果，实现步骤为：

(3a1)决策无人机整理各集群无人机发送的各自的飞行位置、续航能力和任务执行情况数据，并清洗其中的冲突数据和无效数据，得到有效数据；

(3a2)决策无人机根据得到的有效数据形成跟踪视图，并利用形成的跟踪视图对各集群无人机有效覆盖范围、通视性和机动性进行评估，得到实时任务环境态势信息；

(3a3)决策无人机根据实时任务环境态势信息，对环境潜在威胁和任务目标紧急程度进行评估，得到实时任务环境态势评估结果。