一种基于异构无人机的蜂群对抗方法技术

本发明专利技术设计了一种基于异构无人机的蜂群对抗方法；该系统由若干相互独立、功能不同的无人机组成，每架无人机根据任务执行的特点搭载相关的模块。系统中的无人机部署采用基于异构无人机的分布式架构，信息无人机、协调无人机和攻击无人机利用通信网络进行信息共享和交互，从而实现蜂群对抗。

A Swarm Countermeasure Method Based on Heterogeneous UAV

The invention designs a bee colony countermeasure method based on heterogeneous UAVs, which is composed of several independent UAVs with different functions, each UAV carries relevant modules according to the characteristics of mission execution. The deployment of UAVs in the system adopts a distributed architecture based on heterogeneous UAVs. Information UAVs, coordinated UAVs and attack UAVs use communication networks to share and interact information, so as to achieve swarm confrontation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于异构无人机的蜂群对抗方法
本专利技术属于无人机协同对抗领域。
技术介绍
蜂群对抗系统主要采用异构智能体系统。指定一个智能体用于共享知识，其他智能体可以通过该智能体读取信息，也可以向其发送信息。指定一个智能体用于规划决策，对目标进行合理分配，当任务冲突时实现自主协调。指定若干智能体用于智能对抗。异构智能体系统属于多智能体系统的一个分支。对于多智能体系统的研究，涉及数学、通信、计算机等相关学科。多智能体系统分为同构智能体系统和异构智能体系统。同构智能体系统由若干结构、功能均相同的智能体组成；异构智能体系统由若干具有不同内部构造、不同行为能力的智能体组成。异构智能体系统不仅能够简化单个智能体的功能，也能提高整个系统的性能。目前协同作战主要由同构智能体系统完成，对于异构智能体的研究还比较少。尤其是在无人机领域，多智能体协作从同构到异构的发展，对现有的协作模型提出了新的挑战。针对这一挑战，本文提出了一种基于异构无人机的蜂群对抗系统，在特定的无人机上发布相关信息，利用协调无人机对目标任务进行分配和调度，攻击无人机根据相应的任务指令实现智能打击群目标的目的。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供解决多无人机蜂群对抗技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种基于异构无人机的蜂群对抗方法，异构无人机群包括攻击无人机、信息无人机和协调无人机；在会面阶段，攻击无人机组成战斗群，对来袭的敌机进行攻击，信息无人机和协调无人机寻机向高空飞行，为混战阶段的侦察探测做好准备；在混战阶段，在混战阶段，无人机的工作过程包括如下步骤：步骤一，信息无人机对威胁环境进行监控并建模，探测出友机和敌机的位置和状态信息，根据敌机的分布情况，实时划分出以每个敌机为中心的不规则多边形区域，将相邻的敌机两两相连，画出它们连线的垂直平分线，将垂直平分线连接起来，构成若干个多边形区域，每个多边形区域内具有一个敌机，然后以广播的形式发布任务；信息无人机启动定时器，设置更新时间Δt1，开始计时；步骤二，协调无人机接收到信息无人机发布的任务后，分解系统任务，计算飞行代价，为每架攻击无人机分配目标，将任务发送给相应的攻击无人机；步骤三，攻击无人机接收到协调无人机分配的任务后，根据协调无人机提供的目标信息，并在步骤一中实时划分出来的各多边形区域中对敌机目标进行定位，开始跟踪；同时启动定时器，设置攻击时间Δt2，开始计时；步骤四，若攻击无人机找准目标，则启动加速模块，距离目标一定范围时启动攻击模块，通过发射喷射物，对目标进行驱逐；步骤五，若攻击无人机在时间Δt2内未追击到目标，则向协调无人机发送请求任务协同的信号、需要协同的任务信息，以及自身可提供的信息；步骤六，协调无人机接收到攻击无人机发来的信号和信息后，将待协同的任务列表和可共享信息放入待协调队列，利用任务协同算法求解出最优解，更新任务列表，发送给对应的攻击无人机；步骤七，在时间Δt1后，信息无人机若探测到环境中的敌机已被全部击退，则对抗结束；否则转向步骤一。进一步的，所述信息无人机由全局探测模块、通信模块和控制模块组成；全局探测模块中嵌有能探测战场环境、敌机概况、友机状态的机载传感器；通信模块与协调无人机和攻击无人机通信，将搜集到的信息以广播的形式发送给全局工作区；所述控制模块包括供电装置、定时器、控制器；供电装置负责为无人机提供电力；定时器设置更新时间Δt1，对战争区域重新定位和划分；控制器用来控制其他模块的功能实现。进一步的，所述协调无人机由局部探测模块、通信模块、控制模块组成；协调无人机负责任务的规划与协调，利用通信技术实现其功能；所述局部探测模块探测邻近无人机的位置，防止误撞；通信模块主要用于和信息无人机、攻击无人机通信，获取实时态势信息和任务执行状态，提供任务列表；控制模块负责分解全局任务，规划任务列表。进一步的，所述攻击无人机由局部探测模块、通信模块、攻击模块、加速模块和控制模块组成；局部探测模块搭载传感器，能锁定和跟踪由协调无人机分配的目标；通信模块负责与信息无人机和协调无人机实时通信，从信息无人机处读取相关信息，从协调无人机处获取任务指令、发送任务协同的信号；当攻击无人机锁定目标时，加速模块提供飞行动力，使其迅速进入目标的可攻击范围内，攻击模块利用喷射式装置以击退目标；控制模块负责对其他模块进行调节和控制，其中还包含定时器，从领取任务后开始定时，若在攻击时间Δt2内未攻击成功目标，则向协调无人机发送请求协同的信号。攻击无人机的攻击模块上具有喷射式装置，机内有压力装置，与机身的喷嘴连接，利用压力通过喷嘴将喷射物附着到目标上，从而达到削弱目标无人机的性能，让其不能正常执行任务，所述攻击无人机的喷射范围为一个以该攻击无人机为顶点、圆心角为α、半径为R的扇形区域；无人机在与目标呈R的直线距离时发起攻击。进一步的，面对蜂拥而至的敌机群，攻击无人机保持战斗群队形，抵御敌军的侵略；信息无人机和协调无人机飞在队伍的后方，在保证自身安全的情况下伺机向上层空域飞行，为混战阶段侦察战争环境做好准备；在会面阶段，攻击无人机利用局部探测模块对飞行方向的战争环境进行探测，探测范围即为该攻击无人机的喷射范围；若在此范围中探测到敌机，则立即启动喷射式装置，对目标进行攻击。若未探测到敌机，则按照原方向继续飞行；当信息无人机和协调无人机飞行至上层空域，前线的友机和敌机已进入混战阶段，信息无人机利用其优势地理位置，对整个战场环境进行探测和建模，根据敌机的位置划分区域，并将战场信息发送给协调无人机；协调无人机利用任务分配原理和任务协调原理，为友机分配需要攻击的目标或者需要协同的任务，并将任务分配列表发送给攻击无人机。攻击无人机领取任务后，启动局部探测模块寻找并跟踪目标，在适当的距离内对目标进行攻击。有益效果：本专利技术的由若干相互独立、功能不同的无人机组成，每架无人机根据任务执行的特点搭载相关的模块；系统中的无人机部署采用基于异构无人机的分布式架构，信息无人机、协调无人机和攻击无人机利用通信网络进行信息共享和交互，从而实现蜂群对抗。附图说明附图1为蜂群对抗示意图；附图2为异构无人机的模块化设计示意图；附图3为攻击无人机的喷射式装置的构造；附图4为喷射式无人机的攻击范围；附图5为会面阶段的布局示意图；附图6为维诺图法构建地图示意图；附图7为任务分配的原理图；附图8为无人机的信息交互图；附图9异构无人机的通信过程；附图10混战阶段无人机的工作过程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如附图1至10所示，本专利技术设计了一种基于异构无人机的蜂群对抗系统。该系统由信息无人机、协调无人机和攻击无人机三种无人机组成，对每个无人机进行模块化设计，根据其执行任务的特点搭载相应的模块。本专利技术解决多无人机蜂群对抗的问题。信息无人机根据战争环境中的敌机位置，进行区域划分，搜集并在全局工作区发布友机和敌机的状态信息。协调无人机读取到相关信息后，根据任务分配原理，为攻击无人机合理分配相应的敌机。攻击无人机根据任务列表，启动目标搜寻和跟踪模式，在一定范围内对目标进行喷射，击退目标。若攻击无人机无法完成任务，则向协调无人机发送请求，由协调无人机根据任务协同原理重新规划目标，实现多机协同攻击目标。本方案的系统模型及工作原理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于异构无人机的蜂群对抗方法，其特征在于：异构无人机群包括攻击无人机、信息无人机和协调无人机；在会面阶段，攻击无人机组成战斗群，对来袭的敌机进行攻击，信息无人机和协调无人机寻机向高空飞行，为混战阶段的侦察探测做好准备；在混战阶段，在混战阶段，无人机的工作过程包括如下步骤：步骤一，信息无人机对威胁环境进行监控并建模，探测出友机和敌机的位置和状态信息，根据敌机的分布情况，实时划分出以每个敌机为中心的不规则多边形区域，将相邻的敌机两两相连，画出它们连线的垂直平分线，将垂直平分线连接起来，构成若干个多边形区域，每个多边形区域内具有一个敌机，然后以广播的形式发布任务；信息无人机启动定时器，设置更新时间Δt1，开始计时；步骤二，协调无人机接收到信息无人机发布的任务后，分解系统任务，计算飞行代价，为每架攻击无人机分配目标，将任务发送给相应的攻击无人机；步骤三，攻击无人机接收到协调无人机分配的任务后，根据协调无人机提供的目标信息，并在步骤一中实时划分出来的各多边形区域中对敌机目标进行定位，开始跟踪；同时启动定时器，设置攻击时间Δt2，开始计时；步骤四，若攻击无人机找准目标，则启动加速模块，距离目标一定范围时启动攻击模块，通过发射喷射物，对目标进行驱逐；步骤五，若攻击无人机在时间Δt2内未追击到目标，则向协调无人机发送请求任务协同的信号、需要协同的任务信息，以及自身可提供的信息；步骤六，协调无人机接收到攻击无人机发来的信号和信息后，将待协同的任务列表和可共享信息放入待协调队列，利用任务协同算法求解出最优解，更新任务列表，发送给对应的攻击无人机；步骤七，在时间Δt1后，信息无人机若探测到环境中的敌机已被全部击退，则对抗结束；否则转向步骤一。...

【技术特征摘要】
1.一种基于异构无人机的蜂群对抗方法，其特征在于：异构无人机群包括攻击无人机、信息无人机和协调无人机；在会面阶段，攻击无人机组成战斗群，对来袭的敌机进行攻击，信息无人机和协调无人机寻机向高空飞行，为混战阶段的侦察探测做好准备；在混战阶段，在混战阶段，无人机的工作过程包括如下步骤：步骤一，信息无人机对威胁环境进行监控并建模，探测出友机和敌机的位置和状态信息，根据敌机的分布情况，实时划分出以每个敌机为中心的不规则多边形区域，将相邻的敌机两两相连，画出它们连线的垂直平分线，将垂直平分线连接起来，构成若干个多边形区域，每个多边形区域内具有一个敌机，然后以广播的形式发布任务；信息无人机启动定时器，设置更新时间Δt1，开始计时；步骤二，协调无人机接收到信息无人机发布的任务后，分解系统任务，计算飞行代价，为每架攻击无人机分配目标，将任务发送给相应的攻击无人机；步骤三，攻击无人机接收到协调无人机分配的任务后，根据协调无人机提供的目标信息，并在步骤一中实时划分出来的各多边形区域中对敌机目标进行定位，开始跟踪；同时启动定时器，设置攻击时间Δt2，开始计时；步骤四，若攻击无人机找准目标，则启动加速模块，距离目标一定范围时启动攻击模块，通过发射喷射物，对目标进行驱逐；步骤五，若攻击无人机在时间Δt2内未追击到目标，则向协调无人机发送请求任务协同的信号、需要协同的任务信息，以及自身可提供的信息；步骤六，协调无人机接收到攻击无人机发来的信号和信息后，将待协同的任务列表和可共享信息放入待协调队列，利用任务协同算法求解出最优解，更新任务列表，发送给对应的攻击无人机；步骤七，在时间Δt1后，信息无人机若探测到环境中的敌机已被全部击退，则对抗结束；否则转向步骤一。2.根据权利要求1所述的一种基于异构无人机的蜂群对抗方法，其特征在于：所述信息无人机由全局探测模块、通信模块和控制模块组成；全局探测模块中嵌有能探测战场环境、敌机概况、友机状态的机载传感器；通信模块与协调无人机和攻击无人机通信，将搜集到的信息以广播的形式发送给全局工作区；所述控制模块包括供电装置、定时器、控制器；供电装置负责为无人机提供电力；定时器设置更新时间Δt1，对战争区域重新定位和划分；控制器用来控制其他模块的功能实现。3.根据权利要求1所述的一种基于异构无人机的蜂群对抗方法，其特征在于：所述协调无人机由局部探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：华翔，王昭，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61