基于多无人机协同博弈对抗的控制系统技术方案

本发明专利技术属于多无人机博弈对抗领域，具体涉及一种基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，旨在解决1 V 1博弈对抗系统难以满足多无人机协同博弈对抗研究需求的问题。本系统包括管理模块以及博弈双方的无人机编队模块、态势评估模块、决策模块、协同任务分配模块；管理模块，配置为存储无人机编队获取的状态信息；无人机编队模块，配置为获取无人机的状态信息以及执行控制指令；态势评估模块，配置为根据状态信息获取态势评估信息；决策模块，配置为基于态势评估信息，获取对抗策略；协同任务分配模块，配置为基于对抗策略，结合对抗目标以及最优态势评估值，生成各无人机的控制指令。本发明专利技术为多无人机协同博弈对抗提供了仿真环境。

Control system based on multi UAV cooperative game

【技术实现步骤摘要】
基于多无人机协同博弈对抗的控制系统
本专利技术属于多无人机博弈对抗领域，具体涉及一种基于多无人机协同博弈对抗的控制系统。
技术介绍
随着无人机面临的任务更加复杂化和多样化，单架无人机越来越难以满足需求，多无人机集群技术成为无人机应用领域的关键技术。尤其在空战博弈对抗领域，多无人机协同博弈对抗能充分利用各无人机的侦察、打击和评估能力，提高无人机系统整体作战效能和任务执行效率，因而成为未来空战对抗的趋势。为了模拟多无人机协同博弈对抗过程，实现对战场环境和武器装备的交互式操作，从而验证多机空战战术对抗的效果，需要构建基于多无人机协同博弈对抗的控制系统。多无人机协同博弈对抗是指两架或两架以上的无人机相互配合完成指定对抗任务。在无人机博弈对抗研究初期，由于受近距空战影响，无人机博弈对抗研究以1V1为主。但是，在多机协同博弈对抗中，存在着诸如环境信息快时变、通信传输不稳定、多架无人机防碰撞、多架无人机信息融合与任务分配、无人机群协同动作决策等多个问题，因此，常规的单机博弈对抗系统难以直接应用于多机博弈对抗研究。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有1V1无人机博弈对抗系统难以满足多无人机协同博弈对抗研究需求的问题，本专利技术第一方面，提出了一种基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，该系统包括管理模块以及博弈双方的无人机编队模块、态势评估模块、决策模块、协同任务分配模块：所述管理模块，配置为存储所述无人机编队模块发送的第一信息并发送至所述态势评估模块；所述无人机编队模块，配置为当巡航过程中发现对抗方的无人机时，获取当前方、对抗方无人机编队中的各无人机的状态信息，作为第一信息并发送至所述管理模块；还配置为控制当前方各无人机执行所述协同任务分配模块发送的控制指令；所述态势评估模块，配置为基于所述第一信息，通过预设多种预设类别的评估方法获取当前方各无人机的态势评估信息；所述决策模块，配置为基于获取的博弈双方各无人机的数量，统计各方无人机所有的机动策略，并结合所述态势评估信息，获取当前方各无人机相对于对抗方各无人机的最优态势优势值，构建当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的态势矩阵；基于所述态势矩阵，通过预设的策略选取方法获取当前方的对抗策略；所述协同任务分配模块，配置为根据所述态势矩阵，获取当前方无人机所应对的对抗目标，并结合所述对抗策略、所述最优态势评估值，生成当前方各无人机的控制指令，发送所述无人机编队模块。在一些优选的实施方式中，该系统还包括视景显示模块；所述视景显示模块，配置为获取所述第一状态信息及博弈对抗图像进行输出显示。在一些优选的实施方式中，所述管理模块，还配置为进行系统设置和博弈对抗性能分析；所述系统设置包括仿真调度管理、博弈双方多无人机系统初始化和离散事件触发管理；其中，所述仿真调度管理，包括系统仿真时长、步长、仿真开始时间、仿真结束时间的设置管理；所述博弈双方多无人机系统初始化，配置为对博弈双方多无人机的飞行状态进行初始设置；所述离散事件触发管理，配置为进行人工离散事件设置，以中止多无人机双方的博弈进程；所述博弈对抗性能分析包括胜率结果分析、过程趋势分析和对抗时间分析；其中，所述胜率结果分析，配置为以图表形式显示博弈双方胜率；所述过程趋势分析，配置为以曲线形式显示博弈双方态势变化趋势；所述对抗时间分析，配置为以图表形式显示双方博弈时间。在一些优选的实施方式中，所述状态信息包括无人机的位置、速度、姿态角和控制输入信息；所述控制输入信息包括无人机的纵向过载、法向过载和滚转角。在一些优选的实施方式中，所述态势评估信息包括机动能力评估信息和视野能力评估信息；所述视野能力评估信息包括距离评估值、方位角评估值和进入角评估值；所述机动能力评估信息包括能量评估值和空战性能评估值。在一些优选的实施方式中，所述距离评估值其计算方法为：其中，TiD为距离评估值，Di、DRmax、DMmax、DMmin、DMKmax、DMKmin分别表示当前方第i架无人机与对抗方任一无人机的相对距离、火控雷达的最大搜索距离、空空导弹的最大攻击距离、空空导弹的最小攻击距离、空空导弹的最大不可逃逸距离、空空导弹的最小不可逃逸距离。在一些优选的实施方式中，所述方位角评估值其计算方法为：其中，Φi、ΦRmax、ΦMmax、ΦMKmax分别表示当前方第i架无人机与对抗方任一无人机的方位角、火控雷达的最大搜索方位角、空空导弹的最大搜索方位角、空空导弹的最大不可逃逸角，TiΦ为方位角评估值。在一些优选的实施方式中，所述进入角评估值其计算方法为:其中，pi和分别表示当前方第i架无人机与对抗方任一无人机的进入角和进入角阈值，Tip为进入角评估值。在一些优选的实施方式中，所述能量评估值其计算方法为：其中，表示第i架无人机的能量值，Hi为第i架无人机的飞行高度，Vi为第i架无人机的飞行速度，g为重力加速度系数，ET为对抗方任一无人机的能量值，TiE为第i架无人机的能量评估值。在一些优选的实施方式中，所述空战性能评估值其计算方法为：其中，Bi、Ai、Di分别表示第i架无人机的机动性参数、火力衡量参数和探测能力衡量参数，和分别表示第i架无人机的操纵效能系数、生存力系数、航程系数，Tic为第i架无人机的空战性能评估值。在一些优选的实施方式中，所述决策模块中“获取当前方各无人机相对于对抗方各无人机的最优态势优势值，构建当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的态势矩阵”，其方法为：基于当前方、对抗方各无人机的机动策略，结合所述态势评估信息，构建当前方各无人机相对于对抗方各无人机的第一态势矩阵；所述机动策略包括无人机横向机动策略和纵向机动策略，其中，横向机动策略决定无人机航迹偏角变化值，纵向机动策略决定无人机高度变化值；基于所述第一态势矩阵中的态势优势值，通过min-max原则得到当前方各无人机相对于对抗方各无人机的最优态势优势值，并构建当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的态势矩阵。在一些优选的实施方式中，所述决策模块中“基于所述态势矩阵，通过预设的策略选取方法获取当前方的对抗策略”，其方法为：依次选取所述态势矩阵中最大值，并删除所述态势矩阵中最大值对应行和列的所有元素；对选取的最大值进行累加，得到当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的整体态势优势值；基于所述整体态势优势值，将该值与设定的最小最大态势优势阈值进行比对，获取当前方无人机编队的对抗策略。在一些优选的实施方式中，所述协同任务分配模块中“根据所述态势矩阵，获取当前方无人机所应对的对抗目标”，其方法为：根据所述态势矩阵依次选取的最大值对应的行列坐标，获取当前方无人机所应对的对抗方的无人机。本专利技术的有益效果：本专利技术为多无人机协同博弈对抗的设计、验证与评估提供了简单、快速的仿真环境。本专利技术针对不同的空战场景与任务，通过分析敌我双方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，该系统包括管理模块以及博弈双方的无人机编队模块、态势评估模块、决策模块、协同任务分配模块；/n所述管理模块，配置为存储所述无人机编队模块发送的第一信息并发送至所述态势评估模块；/n所述无人机编队模块，配置为当巡航过程中发现对抗方的无人机时，获取当前方、对抗方无人机编队中的各无人机的状态信息，作为第一信息并发送至所述管理模块；还配置为控制当前方各无人机执行所述协同任务分配模块发送的控制指令；/n所述态势评估模块，配置为基于所述第一信息，通过预设多种预设类别的评估方法获取当前方各无人机的态势评估信息；/n所述决策模块，配置为基于获取的博弈双方各无人机的数量，统计各方无人机所有的机动策略，并结合所述态势评估信息，获取当前方各无人机相对于对抗方各无人机的最优态势优势值，构建当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的态势矩阵；基于所述态势矩阵，通过预设的策略选取方法获取当前方的对抗策略；/n所述协同任务分配模块，配置为根据所述态势矩阵，获取当前方无人机所应对的对抗目标，并结合所述对抗策略、所述最优态势评估值，生成当前方各无人机的控制指令，发送所述无人机编队模块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，该系统包括管理模块以及博弈双方的无人机编队模块、态势评估模块、决策模块、协同任务分配模块；
所述管理模块，配置为存储所述无人机编队模块发送的第一信息并发送至所述态势评估模块；
所述无人机编队模块，配置为当巡航过程中发现对抗方的无人机时，获取当前方、对抗方无人机编队中的各无人机的状态信息，作为第一信息并发送至所述管理模块；还配置为控制当前方各无人机执行所述协同任务分配模块发送的控制指令；
所述态势评估模块，配置为基于所述第一信息，通过预设多种预设类别的评估方法获取当前方各无人机的态势评估信息；
所述决策模块，配置为基于获取的博弈双方各无人机的数量，统计各方无人机所有的机动策略，并结合所述态势评估信息，获取当前方各无人机相对于对抗方各无人机的最优态势优势值，构建当前方无人机编队相对于对抗方无人机编队的态势矩阵；基于所述态势矩阵，通过预设的策略选取方法获取当前方的对抗策略；
所述协同任务分配模块，配置为根据所述态势矩阵，获取当前方无人机所应对的对抗目标，并结合所述对抗策略、所述最优态势评估值，生成当前方各无人机的控制指令，发送所述无人机编队模块。


2.根据权利要求1所述的基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，该系统还包括视景显示模块；
所述视景显示模块，配置为获取所述第一状态信息及博弈对抗图像进行输出显示。


3.根据权利要求2所述的基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，
所述管理模块，还配置为进行系统设置和博弈对抗性能分析；
所述系统设置包括仿真调度管理、博弈双方多无人机系统初始化和离散事件触发管理；其中，所述仿真调度管理，包括系统仿真时长、步长、仿真开始时间、仿真结束时间的设置管理；所述博弈双方多无人机系统初始化，配置为对博弈双方多无人机的飞行状态进行初始设置；所述离散事件触发管理，配置为进行人工离散事件设置，以中止多无人机双方的博弈进程；
所述博弈对抗性能分析包括胜率结果分析、过程趋势分析和对抗时间分析；其中，所述胜率结果分析，配置为以图表形式显示博弈双方胜率；所述过程趋势分析，配置为以曲线形式显示博弈双方态势变化趋势；所述对抗时间分析，配置为以图表形式显示双方博弈时间。


4.根据权利要求3述的基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，所述状态信息包括无人机的位置、速度、姿态角和控制输入信息；所述控制输入信息包括无人机的纵向过载、法向过载和滚转角。


5.根据权利要求3所述的基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，所述态势评估信息包括机动能力评估信息和视野能力评估信息；所述视野能力评估信息包括距离评估值、方位角评估值和进入角评估值；所述机动能力评估信息包括能量评估值和空战性能评估值。


6.根据权利要求5所述的基于多无人机协同博弈对抗的控制系统，其特征在于，所述距离评估值其计算方法为：



其中，TiD为距离评估值，Di、DRmax、DMmax、DMmin、DMKmax、DMKmin分别表示当前方第i架无人机与对抗方任一无人机的相对距离、火控雷达的最大搜索距离、空空导弹的最大攻击距...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，蒲志强，丘腾海，康扬名，易建强，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11