[发明专利]异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备

说明书

本申请涉及异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备，该方法包括：基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业；在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。显著提高了集群体系任务效能。

技术领域

本发明属于无人机集群控制技术领域，涉及一种异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备。

背景技术

作业环境下无人机集群网络依靠各节点的自组织行为驱动产生动态演化效果，该过程从cyber空间(赛博空间)映射到实体空间来看，涉及到任务单元群体内部以及与环境之间交互产生的非线性、涌现性行为。为此，从任务实体参与任务进程的角度可以将无人机集群归类为一种复杂自适应系统(CAS)。传统的基于微分方程组的复杂系统建模方法如兰彻斯特方程，对于任务单元之间的信息反馈往往停留在宏观层面，缺乏对任务实体微观层面的动态属性描述；再如，基于离散事件的仿真方法，对任务过程进行自上而下的粗粒度分解，难以充分考虑任务单元的异构特性和动作细节。在动态对抗条件下，作业环境的态势急剧变化，任意时刻都可能发生新目标任务的“弹出式”注入以及任务单元的节点失效甚至任务体系的级联失效，而且无人机集群通信网络的拓扑结构也会发生剧烈变化，都将影响体系任务效能的有效发挥，然而传统的无人机集群技术中尚未能解决无人机集群体系任务效能不高的这一技术问题。

发明内容

针对上述传统方法中存在的问题，本发明提出了一种异构无人机集群自组织运行控制方法、一种异构无人机集群自组织运行控制系统以及一种计算机设备，能够显著提高无人机集群体系任务效能。

为了实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一方面，提供一种异构无人机集群自组织运行控制方法，包括步骤：

基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；

获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；

控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；

当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业；

在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。

另一方面，还提供一种异构无人机集群自组织运行控制系统，包括：

任务初始模块，用于基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；

任务响应模块，用于获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；

合围等待模块，用于控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；

作业执行模块，用于当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业后；

状态切换模块，用于在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。