[发明专利]一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法

权利要求书

1.一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法，其特征在于，包括：

步骤1：考虑无人机与任务之间资源属性的重叠互补关系以及任务的优先级，量化无人机和任务的资源属性特征，优化重叠联盟结构下的无人机任务资源分配，将无人机多任务协作问题构建为顺序重叠联盟博弈模型；

步骤2：采用偏向于整个联盟效用的双边互利准则评估无人机对联盟结构的偏好，各联盟成员相互合作实现互利，进一步提升整个网络执行任务的总体效用；

步骤3：根据无人机与具有同一类型资源的任务之间的偏好关系，采用基于偏好引力引导的禁忌算法，优化重叠联盟结构下的无人机任务资源分配，形成稳定的联盟结构；

步骤4：基于当前联盟结构和无人机任务资源分配方案的更新状态和当前衰落环境对传输策略进行优化，以最大限度地提高无人机网络执行任务的效用；

步骤1所述将无人机多任务协作问题构建为顺序重叠联盟博弈模型，所述顺序重叠联盟博弈模型中，无人机作为参与者，假设无人机分配资源并形成重叠的联盟以协同完成任务，因此联盟的数量等于任务的数量；

基于OCF博弈的任务协作模型定义为其中为无人机博弈参与者；U_m为任务点联盟m的效用函数；为重叠联盟结构；为第m个任务点投入资源的联盟无人机成员集，其表达式为为决定任务资源分配的无人机决策向量，每个无人机的资源分配向量定义为

此外，每架无人机从其加入的联盟中获得一份收益，利用夏普利值的基本比例公平性，来解决收益共享问题，则无人机n的效用表示为：

其中为投入到任务点联盟m的无人机资源分配比例，以保证将更多的自身任务资源分配给联盟的无人机来得到联盟更多的回报，其表达式为：

其中表示无人机n对任务点联盟m的贡献量，其表达式为：

步骤1所述顺序重叠联盟博弈模型中，对于无人机博弈参与者n，给定两个联盟结构SC_Q和SC_P，联盟结构SC_Q优于联盟结构SC_P被表示为SC_Q＞_nSC_P；

两个联盟结构SC_Q＞_nSC_P代表博弈参与者n更倾向于用SC_Q而不是SC_P的联盟结构来分配它的任务资源投入；

考虑一个联盟结构对于无人机博弈参与者n的部分资源且满足条件

交换操作被定义为将部分消耗型任务资源从联盟交换到联盟的交换动作，从而形成一个新的联盟结构其中

对于非消耗型任务资源交换操作被定义为离开或加入一个联盟的交换动作，从而产生新的联盟结构其中或而交换之后的两个联盟结构必须满足优选决策，即交换后的联盟结构必须满足SC_Q＞_nSC_P；

步骤2所述双边互利转移准则具体为：

对于任意无人机以及任意两个由交换操作产生的联盟结构SC_P和SC_Q，其中为无人机n在其他投入资源的任务点联盟集合；

当无人机n进行资源交换操作时，所提优选决策表明包含无人机n和资源转移联盟效用的总联盟效用，大于资源转移前；满足此条件时，交换操作成功，否则操作失败；

步骤3所述根据无人机与具有同一类型资源的任务之间的偏好关系，采用基于偏好引力引导的禁忌算法，优化重叠联盟结构下的无人机任务资源分配，形成稳定的联盟结构，具体包括：

定义无人机n在第k次迭代中对第m个任务点投入资源向量为据此得到第k次迭代中资源分配下联盟结构为

根据历史联盟结构下的资源分配，建立禁忌表其中L_tabu为禁忌长度，代表联盟结构在禁忌表中的存在时间；

基于剩余未分配资源的任务和剩余未分配资源的无人机，引入偏好引力的概念，定义任务点m剩余需求资源向量为其中和的表达式为：

其随着无人机资源分配决策变化而变化；

将偏好度看作是任务点所需剩余资源与无人机所载剩余资源之间的偏好程度；

定义无人机n中第z种类型资源对于各个任务偏好引力向量为：其中为对第m个任务点偏好引力，其表达式为：

定义无人机n的第z类资源分配给每个任务的概率向量为：其表达式为：

其中Γ(k)为玻耳兹曼系数，根据偏好引力建立的选择概率，无人机进行切换操作，如果满足所提出的优先顺序，则无人机进行资源分配的切换操作，从而提高网络执行任务的总效用，否则无人机在资源分配下保持原有的联盟结构；

所述步骤3具体包括以下步骤：

a)初始化：设置迭代次数k＝0，记录每次迭代中资源分配下联盟结构为建立禁忌表并初始化全为空集，设置禁忌长度为L_tabu，输入剩余初始携带资源得到和

根据将无人机初始携带的资源分配到各个任务点，循环步骤b)、c)和d)；

b)令k＝k+1，基于联盟结构SC^(k-1)，更新向量以及禁忌表Tabu_SC；依据规则Γ(k+1)＝Γ(k)+k(Γ_max-Γ(k))/K_max，更新玻耳兹曼系数；

c)随机选择部分消耗型无人机资源或者非消耗型资源以及带入偏好引力表达式，进而得到然后依据向量无人机n采取交换操作；转移后的联盟结构为

如果新的联盟结构不同于禁忌表Tabu_SC内的任何一个，进入d)，否则，返回b)；

d)无人机n根据下列准则更新联盟结构：

e)效用在经历K_stable次迭代效用仍得不到改进或者总迭代次数达到K_max时结束循环，得出最终收敛结构SC^(*)。