多约束下的多传感器协同探测任务规划方法和系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法和系统及介质，获取支持任务规划的相关信息，建立任务规划的多约束优化数学模型，求解模型得到协同探测任务方案，评估协同探测任务方案，在不满足对目标的期望探测时段时、更新多约束优化数学模型、求解模型并补充协同探测任务方案。解决考虑传感器性能、探测任务要求等多种约束的多传感器对多目标的协同探测问题，能够减少问题求解的工作量、有助于提高任务规划的效率和速度，对目标探测的连续性有较好的保证，能够适应对目标探测时段有具体要求的多传感器协同探测任务。

【技术实现步骤摘要】
多约束下的多传感器协同探测任务规划方法和系统及介质
本专利技术涉及协同探测
，具体地，涉及一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法和系统及介质。
技术介绍
在作战过程中，指挥信息系统需要对若干部传感器进行高效的管理与调度，通过多传感器协同探测，为指挥控制系统提供连续、可靠的目标信息，为作战决策、武器制导、作战效果评估等提供信息保障。多传感器协同探测任务规划是依据对目标运动的估计、以一定的准则设计各传感器对目标的探测任务，形成多传感器对多目标的探测时序。目前，已有方法多是以固定的时间周期或划定的时间段、按时间顺序、以一定的优化原则对传感器资源进行分配(如：崔博鑫等，基于任务控制的动态多传感器管理方案，《系统工程与电子技术》2012年12月；李志汇等，多目标传感器协同探测的资源优化问题，《火力与指挥控制》2015年11月；方余瑜等，基于时变量测方差的多传感器多目标优化分配算法，《火力与指挥控制》2015年4月；董晨等，导弹防御多传感器协同探测任务规划，《现代防御技术》2018年12月)，对于传感器数量及目标数量较多的复杂场景下的多传感器协同探测任务规划，传统方法存在时间周期或时间段划分较细、任务规划的计算量大、规划效率不高等问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法和系统及介质。根据本专利技术提供的一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，包括：获取信息步骤：获取支持任务规划的目标数、各传感器的目标通道总数、各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻，对各目标的期望起始探测时刻和期望终止探测时刻，定义各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻到终止探测时刻为可探测时段，定义对各目标的期望起始探测时刻到期望终止探测时刻为期望探测时段；建立模型步骤：建立任务规划的多约束优化数学模型，所述多约束优化数学模型包括优化变量、约束条件和优化目标；任务生成步骤：求解多约束优化数学模型，得到目标与传感器的目标通道之间的配对关系，查询分配的传感器目标通道对相应目标的可探测时段，以对目标的可探测时段与该目标的期望探测时段的交集，作为一次优化分配给该目标的探测时段，形成以“目标-传感器目标通道-探测时段”配对表示的协同探测任务方案；覆盖判定步骤：判断分配给各目标的探测时段是否完全覆盖相应目标的期望探测时段，如是，则表示完成任务规划，否则，则更新多约束优化数学模型，对探测时段未完全覆盖期望探测时段的目标，以协同探测任务方案中对该目标的终止探测时刻减去两个传感器目标通道交接目标的过度时段时长，更新对该目标的期望起始探测时刻，重建多约束优化数学模型并求解，直至分配给各目标的探测时段完全覆盖相应目标的期望探测时段。优选地，所述获取信息步骤中，所述目标数设为m；所述各传感器的目标通道总数设为n；所述各传感器目标通道数对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻分别表示为n×m维矩阵T0与Tf，其中，tij0代表第i个传感器目标通道对第j个目标的起始探测时刻，tijf代表第i个传感器目标通道对第j个目标的终止探测时刻，若第i个传感器目标通道无法探测第j个目标，则tij0＝tijf＝-1；所述对各目标的期望起始探测时刻和期望终止探测时刻分别表示为m维行向量Te0与Tef，Te0＝[te10…tem0]，Tef＝[te1f…temf]tej0代表对第j个目标的期望起始探测时刻，tejf代表对第j个目标的期望终止探测时刻。优选地，所述建立模型步骤中，优化变量为“目标-传感器目标通道”配对；约束条件包括传感器性能约束和探测任务约束两类，其中：传感器性能约束包括：为各传感器一个目标通道分配的目标不超过一个；为各传感器一个目标通道分配的目标不能是该传感器无法探测的目标；探测任务约束包括：对各目标都分配传感器目标通道进行探测；对各目标的起始探测时刻小于等于对该目标的期望起始探测时刻；对各目标的探测应连续；优化目标为，通过设计“目标-传感器目标通道”配对，使分配的传感器目标通道对目标的可探测时段最大程度覆盖对相应目标的期望探测时段。优选地，所述优化变量“目标-传感器目标通道”配对表示为n×m维矩阵D，其元素dij＝0或1，dij＝1代表第i个传感器目标通道探测第j个目标，dij＝0代表第i个传感器目标通道不探测第j个目标；所述约束“为各传感器一个目标通道分配的目标不超过一个”表示为D·Im1-In1≤0n1Im1为m维单位列向量，In1为n维单位列向量，0n1为n维零列向量；所述约束“为各传感器一个目标通道分配的目标不能是该传感器无法探测的目标”表示为-D*T0≤0nm算子*代表两个同维矩阵或向量的相同行与列的元素相乘，0nm为n×m维零矩阵；所述约束“对各目标都分配传感器目标通道进行探测”表示为I1n·D-I1m＝01mI1n为n维单位行向量，I1m为m维单位行向量，01m为m维零行向量；所述约束“对各目标的起始探测时刻小于等于对该目标的期望起始探测时刻”表示为I1n·(D*T0)-Te0≤01m所述约束“对各目标的探测应连续”表示为Te0-I1n·(D*Tf)＜01m，Tsf*(D·Im1)-(D*T0)·Im1＜0n1Tsf为n维列向量，如第i个传感器目标通道已被分配探测任务，则Tsf的第i个元素tsif代表第i个传感器目标通道的探测时段的终止探测时刻，如未被分配探测任务，则tsif＝0；所述优化目标表示为J＝{[I1n·(D*Tf)-Te0]//[Tef-Te0]}·Im1算子//代表两个同维矩阵或向量的相同行与列的元素相除；所述多约束优化数学模型表示为优选地，所述协同探测步骤中，所述分配给目标的探测时段，对第j个目标，分配给它的探测时段表示为[tTjSi0tTjSif]，[tTjSi0tTjSif]＝[tcj0tcjf]∩[tej0tejf]其中[tc10…tcj0…tcm0]＝I1n·(D*T0)，[tc1f…tcjf…tcmf]＝I1n·(D*Tf)所述“目标-传感器目标通道-探测时段”配对表示为(Tj,Si,[tTjSi0tTjSif])。优选地，所述覆盖判定步骤中，判断分配给各目标的探测时段是否完全覆盖相应目标的期望探测时段，对第j个目标，分配给该目标的探测时段对期望探测时段的覆盖百分比为优选地，所述覆盖判定步骤中，以协同探测任务方案给出的对该目标的终止探测时刻减去两个传感器目标通道交接目标的过渡时段时长，更新对该目标的期望起始探测时刻，对第j个目标，有tej0＝tTjSif-tTjΔ，tTjΔ代表两个传感器目标通道对同一目标接力探测时，在交接目标过程中，允许两个传感器目标通道同时探测该目标的过渡时段时长；...

【技术保护点】
1.一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，其特征在于，包括：/n获取信息步骤：获取支持任务规划的目标数、各传感器的目标通道总数、各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻，对各目标的期望起始探测时刻和期望终止探测时刻，定义各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻到终止探测时刻为可探测时段，定义对各目标的期望起始探测时刻到期望终止探测时刻为期望探测时段；/n建立模型步骤：建立任务规划的多约束优化数学模型，所述多约束优化数学模型包括优化变量、约束条件和优化目标；/n任务生成步骤：求解多约束优化数学模型，得到目标与传感器的目标通道之间的配对关系，查询分配的传感器目标通道对相应目标的可探测时段，以对目标的可探测时段与该目标的期望探测时段的交集，作为一次优化分配给该目标的探测时段，形成以“目标-传感器目标通道-探测时段”配对表示的协同探测任务方案；/n覆盖判定步骤：判断分配给各目标的探测时段是否完全覆盖相应目标的期望探测时段，如是，则表示完成任务规划，否则，则更新多约束优化数学模型，对探测时段未完全覆盖期望探测时段的目标，以协同探测任务方案中对该目标的终止探测时刻减去两个传感器目标通道交接目标的过度时段时长，更新对该目标的期望起始探测时刻，重建多约束优化数学模型并求解，直至分配给各目标的探测时段完全覆盖相应目标的期望探测时段。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，其特征在于，包括：
获取信息步骤：获取支持任务规划的目标数、各传感器的目标通道总数、各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻，对各目标的期望起始探测时刻和期望终止探测时刻，定义各传感器目标通道对各目标的起始探测时刻到终止探测时刻为可探测时段，定义对各目标的期望起始探测时刻到期望终止探测时刻为期望探测时段；
建立模型步骤：建立任务规划的多约束优化数学模型，所述多约束优化数学模型包括优化变量、约束条件和优化目标；
任务生成步骤：求解多约束优化数学模型，得到目标与传感器的目标通道之间的配对关系，查询分配的传感器目标通道对相应目标的可探测时段，以对目标的可探测时段与该目标的期望探测时段的交集，作为一次优化分配给该目标的探测时段，形成以“目标-传感器目标通道-探测时段”配对表示的协同探测任务方案；
覆盖判定步骤：判断分配给各目标的探测时段是否完全覆盖相应目标的期望探测时段，如是，则表示完成任务规划，否则，则更新多约束优化数学模型，对探测时段未完全覆盖期望探测时段的目标，以协同探测任务方案中对该目标的终止探测时刻减去两个传感器目标通道交接目标的过度时段时长，更新对该目标的期望起始探测时刻，重建多约束优化数学模型并求解，直至分配给各目标的探测时段完全覆盖相应目标的期望探测时段。


2.根据权利要求1所述的多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，其特征在于，所述获取信息步骤中，所述目标数设为m；所述各传感器的目标通道总数设为n；所述各传感器目标通道数对各目标的起始探测时刻和终止探测时刻分别表示为n×m维矩阵T0与Tf，



其中，tij0代表第i个传感器目标通道对第j个目标的起始探测时刻，tijf代表第i个传感器目标通道对第j个目标的终止探测时刻，若第i个传感器目标通道无法探测第j个目标，则tij0＝tijf＝-1；
所述对各目标的期望起始探测时刻和期望终止探测时刻分别表示为m维行向量Te0与Tef，
Te0＝[te10…tem0]，Tef＝[te1f…temf]
tej0代表对第j个目标的期望起始探测时刻，tejf代表对第j个目标的期望终止探测时刻。


3.根据权利要求1所述的多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，其特征在于，所述建立模型步骤中，优化变量为“目标-传感器目标通道”配对；
约束条件包括传感器性能约束和探测任务约束两类，其中：
传感器性能约束包括：
为各传感器一个目标通道分配的目标不超过一个；
为各传感器一个目标通道分配的目标不能是该传感器无法探测的目标；
探测任务约束包括：
对各目标都分配传感器目标通道进行探测；
对各目标的起始探测时刻小于等于对该目标的期望起始探测时刻；
对各目标的探测应连续；
优化目标为，通过设计“目标-传感器目标通道”配对，使分配的传感器目标通道对目标的可探测时段最大程度覆盖对相应目标的期望探测时段。


4.根据权利要求3所述的多约束下的多传感器协同探测任务规划方法，其特征在于，
所述优化变量“目标-传感器目标通道”配对表示为n×m维矩阵D，



其元素dij＝0或1，dij＝1代表第i个传感器目标通道探测第j个目标，dij＝0代表第i个传感器目标通道不探测第j个目标；
所述约束“为各传感器一个目标通道分配的目标不超过一个”表示为
D·Im1-In1≤0n1
Im1为m维单位列向量，In1为n维单位列向量，0n1为n维零列向量；
所述约束“为各传感器一个目标通道分配的目标不能是该传感器无法探测的目标”表示为
-D*T0≤0nm
算子*代表两个同维矩阵或向量的相同行与列的元素相乘，0nm为n×m维零矩阵；
所述约束“对各目标都分配传感器目标通道进行探测”表示为
I1n·D-I1m＝01m
I1n为n维单位行向量，I1m为m维单位行向量，01m为m维零行向量；
所述约束“对各目标的起始探测时刻小于等于对该目标的期望起始探测时刻”表示为
I1n·(D*T0)-Te0≤01m
所述约束“对各目标的探测应连续”表示为
Te0-I1n·(D*Tf)＜01m，Tsf*(D·Im1)-(D*T0)·Im1＜0n1
Tsf为n维列向量，如第i个传感器目...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晨，陈顶，帅逸仙，高远，洪泽华，钱晓超，陆志沣，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31