[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

摘要

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。

主权项

1.一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；步骤3：指派冲突的预测方法在某一阶段k每个无人机i首先选择其收益矩阵的最大元素max1_i,j(B_i,j,k)，然后找到矩阵的次大元素max2_i,j(B_i,j,k)，其中j表示某一目标；若max1_i,j(B_i,j,k)‑max2_i,j(B_i,j,k)＜∈(∈＞0)成立，则表示存在潜在的冲突；其中，∈表示任意选取的阈值；步骤4：指派冲突的消解方法当上式成立时，表明算法任务指派可能存在冲突；此时，本地无人机开启通信模式，向同伴广播一个包含量测信息的投标向量；这个向量为其中，分别表示无人机编号、任务所针对的目标、指派任务以及当前任务阶段；β_i＝max1_i,j(B_i,j,k)表示本地收益矩阵的最大元素；其他无人机收到广播信息后，检查是否与自己运行任务指派方案统一，并把指派方案的所有信息广播出去；当无人机收到来自所有队友的广播信息后，比较所有方案的收益，选择收益最大的任务作为最终指派方案；因为当开启广播通信后，每个无人机都会收到来自所有无人机的信息，这些信息是相同的，所以最终所有无人机会做出相同的任务指派决策；步骤5：优先级设定设Π表示对无人机的优先级排序,且为无人机i的优先级；对所有无人机进行排序，序列号越小的无人机拥有越高的优先级；当无人机编队成功预测冲突并进行广播通信后，两个或以上无人机提出的最优指派任务取得的收益值相同；此时，比较所有收益值相同的任务的源指派无人机的优先级，把优先级最高无人机指派的任务设置为最终执行的任务。