[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

说明书

本发明公开了一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法，包括将无人机多任务协作问题构建为顺序重叠联盟博弈模型；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；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；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。本发明量化了无人机和任务的资源属性特征，优化了重叠联盟结构下的无人机任务资源分配，利用势能博弈，证明了稳定联盟结构在所提双边互利准则下的存在性，对比其他同类算法，在收敛性和效用上均有提升。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法。

背景技术

随着航空航天和无线通信系统的迅速发展，无人机以其具有通用性、经济性、机动性等良好的特性，已经发展成执行各种大型复杂任务的重要工具，涉及战场作战、灾情搜救、侦察监控、应急充电等诸多领域。然而，由于单个无人机的能力有限(即有限的机载能量和有效载荷以及通信资源)，无人机通常无法拥有足够的所需资源来单独完成这些任务。为了克服单个无人机的容量限制，多个无人机可以形成集群，在多无人机网络中高效地执行任务。

一些重要的研究探讨了无人机在非重叠联盟形成博弈下，每个无人机集群选择一个任务并协同执行任务的场景，其中联盟形成的目标是在资源约束下尽可能完成分配的任务。J.Chen在2021年研究工作中提出了一种通过联合优化联盟选择和频谱分配，研究了多无人机网络中的任务分配问题(参考文献J.Chen,Q.Wu,Y.Xu,N.Qi,X.Guan,Y.Zhang,andZ.Xue,“Joint task assignment and spectrum allocation in heterogeneous UAVcommunication networks:A coalition formation game-theoretic approach,”IEEETransactions on Wireless Communications,vol.20,no.1,pp.440–452,2021.)。F.Afghah,M提出了一个基于声誉调度的联盟形成博弈模型，以保证网络中存在一些自利无人机时，无人机之间的可靠合作(参考文献F.Afghah,M.Zaeri-Amirani,A.Razi,J.Chakareski,and E.Bentley,“A coalition formation approach to coordinatedtask allocation in heterogeneous UAV networks,”in 2018Annual American ControlConference(ACC),2018,pp.5968–5975.)。

然而，现有关于联盟形成博弈的无人机任务协作方法存在以下问题：(1)现有大多工作都只考虑每个无人机联盟执行一个任务的模式，然而无人机实际上可以将其资源分配给多个任务点，并根据任务序列执行机制参与多个任务点的协作；(2)现有大多工作只关注与任务的完成情况，却忽略了无人机联盟执行任务的成本，例如飞行损耗、时间成本等。(3)无人机技术的最新进展使一架无人机能够携带多种设备和资源，从而具备多种能力。

因此，需要对不同类型的任务所需的资源属性进行更详细的区分。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法，基于重叠联盟博弈模型、顺序任务执行机制进行异构多无人机网络协同任务资源分配，与现有的假设非重叠联盟的联盟形成博弈模型相比，本发明提出的重叠联盟博弈方法使无人机能够做出更灵活的资源分配决策，从而提高执行任务的效用。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于重叠联盟形成博弈的无人机任务协作方法，包括：