一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统及其方法，该系统在每个团队成员中均设置基于行为的控制层、面向角色的决策层以及任务计划层。控制层提供自动巡航和需要连续传感器反馈的行为。任务计划层产生任务报文。面向角色的决策层包括团队角色表，任务管理器以及态势感知器。团队角色表存储角色信息。任务管理器包括任务列表和任务分配机，任务列表保存初始任务以及在任务执行过程中产生的新任务，任务分配机根据团队角色表以及任务优先级进行任务分配。态势感知器根据传感器信息完成态势感知并进行环境态势、自身状态以及任务代价的事件评估，团队角色表和态势感知器的事件评估结果在团队中实时更新和共享。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多智能体控制
，具体涉及一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统及其方法。
技术介绍
信息化战争中，各种无人作战平台在战场上得到越来越广泛的应用，从陆上无人车到水下无人潜艇，再到空中无人机，无人作战平台能够充分利用其机动性强、成本低、行动隐蔽性能好等优势，执行枯燥、恶劣和危险的任务，达到“非接触、零伤亡”的作战目标。由于作战环境的高度动态、不确定性及作战任务的复杂性，基于程序化指挥和控制的无人作战平台对战场态势的全局判断和应急反应能力无法达到有人作战平台相应的水平。因此将无人平台融入有人平台的任务环境，二者协同指挥共同执行作战任务无疑将成为未来战争中一种新颖的指挥控制模式，该方向研究也得到越来越多国内外学者的关注。针对传统多智能体协同指挥模式，现有的解决方案主要有以下几种：方案1：文献(B Gerkey,M Mataric.A Framework for studying multi-robot task allocation[C].Proceedings of the 2003International Workshop on Multi-Robot Systems.Washington DC,USA,2003:15-26.)和文献(Atay N,Bayazit B.Mixed-integer linear programming solution to multi-robot task allocation problem[J].Washington Univ,2006.)提出了线性规划方法，用于解决多智能体任务分配问题。但其运算量随系统规模呈指数级增长，需要全局信息和集中管理，因而扩展性差，效率低。方案2：文献(Dias M B,Zlot R,Kalra N,et al.Market-based Multi-robot Coordination:A Survey and Analysis[J].Proceedings of the IEEE,2006,94(7):1257-1270.)和文献(Zlot R,Stentz A.Market-based Multi-robot Coordination for Complex tasks[J].International Journal of Robotics Research,2007,25(1):578-589.)提出了一种基于自由市场架构的决策控制方法，智能体通过竞拍和协商执行多个子任务。由于在不确定环境信息和分布式任务分配问题中的优良性能，该方法被广泛应用于多机器人分布式目标分配中，能够在规定的时间约束下得到满意的多机协同目标分配方案。但是该方法资源消耗多，对通信依赖性高。在资源有限、通信不可靠的环境中难以发挥预期的效果。方案3：文献(Satterfield B,Choxi H,Housten D.Role Based Operations[M].Springer Netherlands,2004.)和文献(B.Satterfield,S.Jameson,H.Choxi,and J.Franke,\A Role-Based Approach to Unmanned Team Operations,\in Association for Unmanned Vehicle Systems International conference,Baltimore,MD,June 2005.)提出一种基于角色的无人团队指挥方式。该方式受社会学与商业管理学研究启发，使用人类团队概念，定义责任领域和成员内在关系，适应人类团队中的任务计划和执行的协作方式，使无人平台自然融入到存在人类的团队当中。但由于其依赖固有的原始作战方案，缺少完善的态势感知单元，以及缺乏事件处理规则的更新过程，因而难以适应动态、不确定的复杂作战环境。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统及其方法，使用该系统及其方法的有人/无人平台组成的多智能体系统，其处理事件、分配任务和完成任务的过程更加灵活，且更加可靠。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统，该系统针对由有人平台和无人平台作为团队成员而组成的团队进行协同指挥控制，该系统在每个团队成员中均设置基于行为的控制层、面向角色的决策层以及任务计划层。基于行为的控制层提供自动巡航和需要连续传感器反馈的行为。任务计划层产生任务报文，任务报文包括任务目标、交战规则以及明确不同团队成员责任需要的信息。面向角色的决策层包括团队角色表，任务管理器以及态势感知器。团队角色表用于存储角色信息，角色信息中包括每个角色对应的团队成员以及每个团队成员的状态，其中一个角色对应多个团队成员，一个团队成员也对应多种角色，团队成员在执行不同任务时角色不同；在通信无效的状态下，依据团队角色表预测团队成员的行为。任务管理器包括任务列表和任务分配机，任务列表保存初始任务以及在任务执行过程中产生的新任务，任务分配机根据团队角色表以及任务优先级进行任务分配。态势感知器根据传感器信息完成态势感知并进行环境态势、自身状态以及任务代价的事件评估，团队角色表和态势感知器的事件评估结果在团队中实时更新和共享。进一步地，包含以下步骤：步骤一、在任务开始前，有人平台中的任务计划层依据各团队成员的能力特点，赋予各自角色，基于角色进行初始任务分配，并向团队成员发布任务报文。步骤二、各团队成员将接收到的任务报文存储在任务列表中，并按照优先级原则选取优先级较高的任务作为将要执行的任务；该团队成员中面向角色的决策层根据该任务类型初始化该团队成员的角色，生成团队角色表。步骤二、有人平台下达开始指令，各团队成员开始执行将要执行的任务；其中任务中涉及自动巡航或者需要连续传感器反馈的行为由基于行为的控制层执行。步骤三、团队成员在任务执行过程中，决策层中的态势感知器采集传感器反馈信息，采用BP神经网络对环境态势、自身状态以及任务代价进行事件评估。进一步地，BP神经网络为BP网络结构，激活函数为sigmoid函数，该BP神经网络以传感器的反馈值作为输入层神经元，其数量为n，以评估值作为输出层神经元，其数量为m；节点数量训练样本数量节点权值的训练方法采用学习算法为梯度下降法。有人平台和无人平台中预先设置事件处理规则库，用于存储各类事件的处理规则，有人平台和无人平台依据态势感知器共享的事件评估结果与事件处理规则库对比，采取相应处理规则，若一个团队成员的事件评估结果超出事件处理规则库的范围，有人平台协助该团队成员完成事件处理。若一团队成员在任务执行中产生新任务，任务分配机根据团队角色表以及任务优先级将该新任务发送给其他团队成员或自身。事件处理规则库中一个事件评估结果对应多种处理规则，且每种处理规则具有一个采用指数，采用指数最高的处理规则为该事件评估结果优先采取的处理规则；采用指数采用适应度函数进行计算，当采用指数低于设定阈值时，对其进行更新。进一步地，当采用指数低于设定阈值时，对其进行更新的过程具体为：i、在事件处理规则库中随机选取两个处理规则作为父体，每个处理规则被选取的概率是其采用指数的增函数。ii、对于选中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统，其特征在于，该系统针对由有人平台和无人平台作为团队成员而组成的团队进行协同指挥控制，该系统在每个团队成员中均设置基于行为的控制层、面向角色的决策层以及任务计划层；所述基于行为的控制层提供自动巡航和需要连续传感器反馈的行为；所述任务计划层产生任务报文，所述任务报文包括任务目标、交战规则以及明确不同团队成员责任需要的信息；所述面向角色的决策层包括团队角色表，任务管理器以及态势感知器；所述团队角色表用于存储角色信息，角色信息中包括每个角色对应的团队成员以及每个团队成员的状态，其中一个角色对应多个团队成员，一个团队成员也对应多种角色，团队成员在执行不同任务时角色不同；在通信无效的状态下，依据团队角色表预测团队成员的行为；所述任务管理器包括任务列表和任务分配机，任务列表保存初始任务以及在任务执行过程中产生的新任务，任务分配机根据团队角色表以及任务优先级进行任务分配；所述态势感知器根据传感器信息完成态势感知并进行环境态势、自身状态以及任务代价的事件评估，团队角色表和态势感知器的事件评估结果在团队中实时更新和共享。

【技术特征摘要】
1.一种基于角色的有人/无人协同指挥控制系统，其特征在于，该系统针对由有人平台和无人平台作为团队成员而组成的团队进行协同指挥控制，该系统在每个团队成员中均设置基于行为的控制层、面向角色的决策层以及任务计划层；所述基于行为的控制层提供自动巡航和需要连续传感器反馈的行为；所述任务计划层产生任务报文，所述任务报文包括任务目标、交战规则以及明确不同团队成员责任需要的信息；所述面向角色的决策层包括团队角色表，任务管理器以及态势感知器；所述团队角色表用于存储角色信息，角色信息中包括每个角色对应的团队成员以及每个团队成员的状态，其中一个角色对应多个团队成员，一个团队成员也对应多种角色，团队成员在执行不同任务时角色不同；在通信无效的状态下，依据团队角色表预测团队成员的行为；所述任务管理器包括任务列表和任务分配机，任务列表保存初始任务以及在任务执行过程中产生的新任务，任务分配机根据团队角色表以及任务优先级进行任务分配；所述态势感知器根据传感器信息完成态势感知并进行环境态势、自身状态以及任务代价的事件评估，团队角色表和态势感知器的事件评估结果在团队中实时更新和共享。2.一种如权利要求1所述的基于角色的有人/无人协同指挥控制系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤一、在任务开始前，有人平台中的任务计划层依据各团队成员的能力特点，赋予各自角色，基于角色进行初始任务分配，并向团队成员发布任务报文；步骤二、各团队成员将接收到的任务报文存储在任务列表中，并按照优先级原则选取优先级较高的任务作为将要执行的任务；该团队成员中面向角色的决策层根据该任务类型初始化该团队成员的角色，生成团队角色表；步骤二、有人平台下达开始指令，各团队成员开始执行所述将要执行的任务；其中任务中涉及自动巡航或者需要连续传感器反馈的行为由所述基于行为的控制层执行；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：方浩，陈杰，张浩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11