[发明专利]一种通信延迟约束下多无人机任务指派冲突消解方法

说明书

本发明涉及一种通信延迟约束下多无人机任务指派冲突消解方法，以复杂战场环境下多无人机任务指派为研究背景，针对分布式结构下通信延迟可能导致指派冲突的问题，设计了一种通过设置比较阈值和对无人机进行优先级排序的方法，以极小的通信代价预测潜在指派冲突；之后开启编队内通信，通过比较各无人机的指派方案确定当前可执行的最优任务，从而达到冲突消解的目的。该冲突消解机制能够准确高效地预测和消解指派冲突，具有可行性与合理性；且由于采用动态的阈值设定，对不同的作战环境有较好的适用性。

技术领域

本发明涉及多无人机在任务指派过程中对由通信延迟造成的冲突进行预测和消解，完成搜索打击等任务的方法，有关领域包括协同控制和通信技术。

背景技术

当前，无人机技术普及程度日益提高，民用范围越来越广泛，但相关的管制仍有待进一步加强。例如，近年来一些私人无人机常常盘旋在机场附近，干扰机场正常的运行秩序，严重威胁起降飞机的安全。面对此类问题，运用无人机以编队的形式协同工作已成为主流趋势，未来多无人机协同任务指派与决策面临着多约束、多任务、多目标以及更复杂的技术要求和实施环境等问题。因此，要指派多架无人机协同完成多项耦合任务，提高任务执行的效率，就必须运用合理且高效的协同任务指派算法。

广域搜索攻击项目以多无人机广域搜索与打击任务为背景，采用分布控制与分段优化的方法对多无人机协同任务指派算法进行研究，并在研究过程中建立了一个MultiUAV2协同控制仿真平台。Boskovic,J.D.等人提出将协同任务指派问题分解成决策层、路径规划层、轨迹生成层、内环控制层。在分层控制思想的基础上，需要对无人机协同任务指派问题进行建模与求解。Smith,R.G.首次提出运用合同网协议求解分布式问题。该方法的思想是将协同任务指派过程看作市场化的交易过程，通过“拍卖- 竞标-中标”这样的市场竞拍机制实现分布式系统内执行任务的指派和决策。

发明内容

要解决的技术问题

由于通信延迟和丢包等约束的存在，编队内信息流存在不完整性和不确定性，由此导致各架无人机已知信息集合的差异化。差异化的信息集合会生成不一致的任务指派方案，进而导致指派冲突。由此可见，通信约束会严重影响任务指派的可靠性，破坏任务指派的时序要求。因此，无人机编队在任务指派过程中必须考虑通信系统中的不确定性因素。为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种通信延迟约束下多无人机任务指派冲突消解方法。

技术方案

一种通信延迟约束下多无人机任务指派冲突消解方法，其特征在于：假设无人机编队由N_u个无人机组成，所有无人机均是同一类型，任务执行区域内有N_t个目标，每个目标都有各自的价值V_j，j＝1,2...,N_t；具体步骤如下：

步骤1：建立多无人机任务指派模型

无人机可以执行4种不同的任务，即默认执行对全域的搜索任务，同时还对每个已知目标执行分类、攻击和核实3类任务，且必须满足严格的顺序要求，即必须先对目标分类，再打击，最后进行核实；

当发现新目标或目标状态改变时，新信息输入到模型中，算法都会被再次运行解算；算法模型可表示为：

其中，B表示指派任务总收益；X_i,j∈{0,1}是一个二元决策变量；变量C_ijm是无人机i 对目标j执行m任务的收益，分别为搜索(m＝0)、分类(m＝1)、攻击(m＝2)、核实(m＝3)；只有在搜索任务时，才能使j＝0；

该模型在离散时间点上，在所有无人机上同时运行，并为每架无人机指派最多一项任务；

步骤2：运用卡尔曼滤波器对无人机位置状态进行预测和估计，然后将所得的位置用于步骤1中的收益计算中，得到每个无人机的最大指派任务总收益和其对应的收益矩阵；