基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法组成比例

本发明专利技术属于无人机编队领域，具体为一种基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，1，初始化每架无人机的任务链；2，根据待分配目标点集合，利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配；3，将未分配无人机的通信中继点及其后续的待侦察目标点从待分配目标点集合中删除；4，判断无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况，若可以则执行6，否则执行5；5，生成通信中继点，并将所生成的通信中继点增加入待分配目标点集合，执行2；6，所有无人机的任务链没有更新则输出各无人机的任务链，否则执行2。本发明专利技术在满足无人机通信半径约束条件下以最小代价完成多目标侦察任务，提高编队侦察多目标的覆盖率。

【技术实现步骤摘要】
基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法
本专利技术属于无人机编队领域，具体涉及一种基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法。
技术介绍
无人机已经成为当前各国投入大量人力和财力研发的作战装备，随着战场环境逐渐复杂和任务要求的提高，多无人机协同执行侦察任务的需求日益重要和普遍。今年来国内外提出了一些多目标协同侦察任务分配的方法并取得了一定的研究成果，但在实际应用中，由于无人机存在有限的通信范围，因此多机执行目标侦察任务的能力是有限的。以有的现代优化算法能够解决约束下的NP问题，常见的合同网法可以解决多机资源冲突的问题，但都没有考虑通信受限情况下的整体资源重分配来实现最大任务效能的这个问题。目前当多机协同完成目标侦察任务时，由于目标距离远不在无人机通信半径范围中时，如果距离目标最近的无人机去访问此目标，就会造成同基地通信链断开的情况，不仅侦察目标信息不能实时传输回基地，也会使无人机遥控信息丢失，这是不允许被采纳的方案，所以有这种情况，无人机会保守的放弃侦察任务。本专利技术设计一种多无人机动态协同目标分配方法，在侦察目标不在已有多机通信范围内的情况下，根据战场信息重新分配多无人机任务，得到更合理的无人机任务序列，尽可能最大限度的侦察和访问到多个目标，更好的利用和协调多无人机资源，提高侦察效能和多目标的侦察覆盖率，并能保证各无人机同基地保持联系，特别适用于实时传回侦察图像或视频的应用情况。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决侦察目标不在已有多机通信范围内的情况下的多机任务分配问题，本专利技术提出了一种基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，包括以下步骤：步骤S1，依据初始待侦察目标点以及各无人机的通信半径，初始化每架无人机的任务链；步骤S2，根据待分配目标点集合，利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配，得到各无人机的任务链；其中，所述待分配目标点集合包括当前待侦察目标点、以及通信中继点；步骤S3，将未分配无人机的通信中继点及其后续的待侦察目标点从待分配目标点集合中删除；步骤S4，判断无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况，若可以建立通信连接则执行步骤S6，若无法建立通信连接则执行步骤S5；步骤S5，为无人机无法与基地建立通信连接的待执行目标点生成通信中继点，并将所生成的通信中继点增加入待分配目标点集合，执行步骤S2；步骤S6，所有无人机的任务链没有更新则输出各无人机的任务链，否则执行步骤S2。进一步地，每个无人机的所述任务链的数据结构为协商拍卖的数据结构，包括五个变量，分别为一致性协商任务序列Si、目标序列链pi、任务执行时间序列ti、中标者序列wi、中标者竞标值序列vi。进一步地，所述一致性协商任务序列表示第i架无人机经过协商得到的一致性任务序列，长度为|bi|，其中Sin∈T，T为目标点集合，n＝1，...，|bi|；所述目标序列链表示多个目标点执行的顺序，长度为|bi|，其中，目标序列链与一致性协商任务序列中的目标点相同、与Si长度一致，pin∈T，n＝1，...，|bi|；所述任务执行时间序列长度为|bi|，其中tin为第i架无人机目标序列链中第n个目标点开始执行的时刻，tin∈[0，∞)，n＝1，...，|bi|；所述中标者序列表示第i架无人机得到的中标者序列，其中NT为需要侦察的目标点数量，wij为第j个目标点的中标者，wij∈1，I为无人机编队集合，j＝1，...，NT；所述中标者竞标值序列该序列与中标者序列中的成员一一对应，vij表示第j个目标点的中标者的竞标值，vij∈[0，∞)。进一步地，所述“利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配”，其步骤为：步骤S21，初始化待分配目标点集合和无人机集合；步骤S22，每架无人机分布式计算出满足执行时间窗约束要求的自身最优的目标序列链；步骤S23，无人机之间进行通讯协商，两两比较中标者竞标值序列vi中同一目标点对应的竞标值，竞标值大的无人机获胜，作为此目标点的执行者，得到最终的中标者序列wi；步骤S24，根据最终的中标者序列wi更新每架无人机的任务链；步骤S25，利用更新后的任务链，将每个目标点逐一插入到新序列中各个位置上，如满足时间窗要求则计算插入后的竞标值；步骤S26，如果竞标值增大，则插入新目标点，更新此无人机任务链；否则不更新任务链；如果所有无人机都没有更新任务链，算法收敛计数器加1；步骤S27，判断收敛计数器是否大于第一次数阈值，如果大于则输出各无人机的任务链，否则执行步骤S23继续两两协商。进一步地，步骤S22中所述最优的目标序列链，其计算方法为：逐一计算无人机目标序列链中每个位置上应执行的目标点，将所有目标点依次放在目标序列链中该位置，计算对应的竞标值，选择最大竞标值对应的目标点为序列链中该位置执行的目标点。进一步地，步骤S25中通过任务链竞标值函数vij(pi)计算插入后的竞标值；任务链竞标值函数vij(pi)为其中，pi第i架无人机执行目标序列链，为收益值，为能耗值；τij(pi)＝timePrevj-1+timeDuraj+[length(pj-1，pj)+length(pj，pj+1)]/velocityiRreward是执行目标j的收益系数，λj为执行目标j的折扣因子，0＜λj＜1，timePrevj-1为上一个任务执行完毕时间，timeDuraj为新插入任务的执行持续时间，length(pj-1，pj)、length(pj，pj+1)分别为新任务点到上一个和下一个任务点的航程，velocityi为无人机速度，Rfuel为能耗系数。进一步地，Rreward＝100，λj＝0.5。进一步地，步骤S27中所述第一次数阈值为5。进一步地，步骤S4中所述“判断无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况”，其方法为：判断目标点是否在基地的可覆盖通信范围内；或者同地基保持通信的其他无人机通信范围内。进一步地，每架无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况Gij的表示公式为：其中，RCOMM为无人机通信半径；元素Gij＝1表示第i架无人机同第j架无人机保持通信，Gij＝0表示第i架无人机同第j架无人机不能通信。进一步地，步骤S6中所述“所有无人机的任务链没有更新则输出各无人机的任务链”，其方法为：如果所有无人机都没有更新任务链，算法收敛计数器加1；当收敛计数器大于第二次数阈值时输出各无人机的任务链。进一步地，所述第二次数阈值为5。本专利技术考虑到了无人机应用环境中通信受限的实际情况，能够减弱通信约束对多无人机协同任务完成情况的影响，在满足无人机通信半径约束条件下以最小代价完成多目标侦察任务，提高编队侦察多目标的覆盖率，特别适用于需要无人机实时传输回基地侦察图像或视频的情况。附图说明图1是本专利技术实施例的基于通信中继的无人机编队协同多目标分配方法流程示意图；图2是本专利技术实施例的基于一致性协商拍卖机制的多无人机多目标分配方法流程示意图。具体实施方式下面参照附图来描述本专利技术的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本专利技术的技术原理，并非旨在限制本专利技术的保护范围。本专利技术实施例的基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，依据初始待侦察目标点以及各无人机的通信半径，初始化每架无人机的任务链；步骤S2，根据待分配目标点集合，利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配，得到各无人机的任务链；其中，所述待分配目标点集合包括当前待侦察目标点、以及通信中继点；步骤S3，将未分配无人机的通信中继点及其后续的待侦察目标点从待分配目标点集合中删除；步骤S4，判断无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况，若可以建立通信连接则执行步骤S6，若无法建立通信连接则执行步骤S5；步骤S5，为无人机无法与基地建立通信连接的待执行目标点生成通信中继点，并将所生成的通信中继点增加入待分配目标点集合，执行步骤S2；步骤S6，所有无人机的任务链没有更新则输出各无人机的任务链，否则执行步骤S2。

【技术特征摘要】
1.一种基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，依据初始待侦察目标点以及各无人机的通信半径，初始化每架无人机的任务链；步骤S2，根据待分配目标点集合，利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配，得到各无人机的任务链；其中，所述待分配目标点集合包括当前待侦察目标点、以及通信中继点；步骤S3，将未分配无人机的通信中继点及其后续的待侦察目标点从待分配目标点集合中删除；步骤S4，判断无人机在待执行目标点进行侦察任务的时段内同基地的通信连通情况，若可以建立通信连接则执行步骤S6，若无法建立通信连接则执行步骤S5；步骤S5，为无人机无法与基地建立通信连接的待执行目标点生成通信中继点，并将所生成的通信中继点增加入待分配目标点集合，执行步骤S2；步骤S6，所有无人机的任务链没有更新则输出各无人机的任务链，否则执行步骤S2。2.根据权利要求1所述的基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，其特征在于，每个无人机的所述任务链的数据结构为协商拍卖的数据结构，包括五个变量，分别为一致性协商任务序列Si、目标序列链pi、任务执行时间序列ti、中标者序列wi、中标者竞标值序列vi。3.根据权利要求2所述的基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，其特征在于，所述一致性协商任务序列表示第i架无人机经过协商得到的一致性任务序列，长度为|bi|，其中Sin∈T，T为目标点集合，n＝1，...，|bi|；所述目标序列链表示多个目标点执行的顺序，长度为|bi|，其中，目标序列链与一致性协商任务序列中的目标点相同、与Si长度一致，pin∈T，n＝1，...，|bi|；所述任务执行时间序列长度为|bi|，其中tin为第i架无人机目标序列链中第n个目标点开始执行的时刻，tin∈[0，∞)，n＝1，...，|bi|；所述中标者序列表示第i架无人机得到的中标者序列，其中NT为需要侦察的目标点数量，wij为第j个目标点的中标者，wij∈I，I为无人机编队集合，j＝1，...，NT；所述中标者竞标值序列该序列与中标者序列中的成员一一对应，vij表示第j个目标点的中标者的竞标值，vij∈[0，∞)。4.根据权利要求3所述的基于通信中继的无人机编队协同目标分配方法，其特征在于，所述“利用基于一致性协商拍卖机制的方法对各无人机进行初步分配”，其步骤为：步骤S21，初始化待分配目标点集合和无人机集合；步骤S22，每架无人机分布式计算出满足执行时间窗约束要求的自身最优的目标序列链；步骤S23，无人机之间进行通讯协商，两两比较中标者竞标值序列vi中同一目标点对应的竞标值，竞标值大的无人机获胜，作为此目标点的执行者，得到最终的中标者序列wi；步骤S24，根据最终的中标者序列wi更新每架无人机的任务链；步骤S25，利用更新后的任务链，将每个目标点逐一插入到新序列中各个位置上，如满足时间窗要求则计算插入后的竞标值；步骤S26，如果竞标值增大，则插入新目标点，更新此无人机任务链；否则不更新任务链；如果所有无人机都没有更新任务链，算法收敛计数器加1；步骤S27，判断收敛计数器是否大于第一次数阈值，如果大于则输出各无人机的任务链，否则执行步骤S23继续两两协商。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖伟，高阳，张杰，李浩，李翔，尹登宇，马瑶，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11