一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法技术

本发明专利技术公开了一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，属于无人机技术领域。本发明专利技术包括以下步骤：S1：通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据；S2：无人机群中的每个无人机生成直接通信链路；S3：确定局部最优的获胜者及其间接通信链路；S4：利用间接通信链路找到全局最优的获胜者。当发生单点失效时，该方法可快速地选举出新的中心无人机以继续执行任务规划，以避免无人机群陷入瘫痪。

【技术实现步骤摘要】
一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法
本专利技术涉及无人机
，尤其是一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法。
技术介绍
无人机凭借3D(“Dall”,“Dirty”,“Dangerous”)环境的适应性、灵活机动性和低成本等优势，被越来越多地应用于复杂任务场景，比如战场情报收集与打击、城市灭火、无人快递、电网巡线、植保等。其中，多无人机或者无人机集群在协同执行任务的过程中，由于受到任务需求、飞行环境和无人机自身等方面的约束，需要求解复杂的任务规划问题。任务规划问题是指给定N个可支配的无人机和M个任务，找到无人机和任务之间的最优匹配，使得无人机执行任务获得的总收益最大化。依据执行任务规划的架构，多无人机任务规划通常分为分布式任务规划和集中式任务规划(“多无人机自主协同控制理论与方法，沈林成等，2013，国防工业出版社”)。集中式任务规划由一个中心单元，如地面站、中心无人机，执行任务规划。其中，基于中心无人机的集中式任务规划具备算法简单、动态响应速度快等优点。但该任务规划存在单点失效的致命缺点，即当中心无人机发生故障或者损毁时，整个无人机群将陷入瘫痪。
技术实现思路
本专利技术针对上述集中式任务规划的单点失效问题，提供一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，当发生单点失效时，该方法可快速地选举出新的中心无人机以继续执行任务规划，以避免无人机群陷入瘫痪。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，包括以下步骤：S1：通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据；S2：无人机群中的每个无人机生成直接通信链路；S3：确定局部最优的获胜者及其间接通信链路；S4：利用间接通信链路找到全局最优的获胜者。进一步的，所述通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据，包括：所述源数据至少包括所述无人机群中每个无人机的编号、规定时限、时间同步信号，所述时间同步信号用于同步所述无人机群中所有无人机的时钟。进一步的，所述通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据，包括：所述无人机群中的每个无人机需具备双向通信模块、广播通信模块和计算模块。进一步的，所述无人机群中的每个无人机生成直接通信链路，包括：所述无人机群中的每个无人机通过广播状态信息确认直接通信链路；所述直接通信链路是指两个无人机可通过广播或者双向通信方式直接进行通信的链路；所述状态信息至少包含通信模块和计算模块功能是否正常等信息。进一步的，所述确定局部最优的获胜者及其间接通信链路，包括：所述无人机群中的任一无人机通过广播找出其直接通信链路上所有无人机中拥有直接通信链路最多的无人机，认为该拥有直接通信链路最多的无人机是竞争中心无人机的获胜者，所述任一无人机作为中继无人机为所述获胜者生成间接通信链路。进一步的，所述中心无人机为所述无人机群中执行任务规划的无人机；所述中继无人机为其他两个无人机搭建通信链路的中间无人机；所述获胜者为每个无人机自己认定的中心无人机，每个无人机的获胜者可根据直接通信链路数量的对比情况进行更改。进一步的，所述确定局部最优的获胜者及其间接通信链路，包括：所述间接通信链路是指三个无人机构成的通信链路，该链路包含一个中继无人机，所述中继无人机可与另外两个无人机进行直接通信，而所述另外两个无人机只能通过所述中继无人机进行间接通信。进一步的，所述利用间接通信链路找到全局最优的获胜者，包括：所述间接通信链路中的每个无人机判断自身时钟是否超出所述规定时限，如是则执行S7，如否则执行S5；所述S7：所述间接通信链路中的每个无人机通过其直接通信链路中扩散各自的获胜者消息；所述S5：S5判断S5是否被第一次被执行，如是则执行S6a，如否则执行S6b，所述获胜者消息至少包括获胜者以及获胜者的直接通信链路。所述S6a：所述间接通信链路中在S3执行时获胜者发生更新的无人机在间接通信链路中扩散其获胜者消息，收到消息的无人机对比自身的获胜者与所有收到的获胜者，判断自身的获胜者的直接通信链路数是否最多，如否则将自身的获胜者更新为所有收到的获胜者消息中拥有直接通信链路数最多的获胜者；执行所述间接通信链路中的每个无人机判断自身时钟是否超出所述规定时限，如是则执行S7，如否则执行S5。S6b：S6a或者S6b最近一次被执行后更新了获胜者的无人机在间接通信链路中扩散各自更新了的获胜者消息，收到消息的无人机对比自身的获胜者与所有收到的获胜者，判断自身的获胜者的直接通信链路数是否最多，如否则将自身的获胜者更新为所有收到的获胜者消息中拥有直接通信链路数最多的获胜者；执行所述间接通信链路中的每个无人机判断自身时钟是否超出所述规定时限，如是则执行S7，如否则执行S5。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是：本专利技术针对集中式任务规划的单点失效问题，提供了一种中心无人机选择方法。该方法通过广播通信方式找出局部区域中含直接通信链路最多的无人机作为中心无人机的候选获胜者，再通过候选获胜者直接通信链路中的无人机构造间接通信链路，将候选获胜者的信息扩散至其他无人机，通过多轮消息扩散和对比，最终将中心无人机统一为无人机群中拥有直接通信链路最多的无人机。该方法采用了无人机相互通信的方式，无需地面指挥控制，具备自主选择自主决策的特点，同时结合了快速的贪婪对比机制，具备简单易行的特点，当原来的中心无人机发生故障或者被击落时，可快速高效地选出新的中心无人机，从而克服集中式任务规划的单点失效问题，避免无人机群陷入瘫痪。附图说明图1是本专利技术一个实施例的多无人机分布图；图2是本专利技术一个实施例的流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例1:如图1和2所示，一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，包括以下步骤：S1：初始化：通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据；所有无人机均需具备双向通信功能、广播通信功能，具备一定算力并可单独执行任务规划算法；所有无人机顺序进行编号，编号为i的无人机表示第i个无人机；所有无人机携带同步时钟；无人机i认为中心无人机的获胜者为变量Wi，并且初始化为i即自身；S2：无人机群中的每个无人机生成直接通信链路；所述无人机群中的每个无人机生成直接通信链路，包括：所述无人机群中的每个无人机通过广播状态信息确认直接通信链路；所述直接通信链路是指两个无人机可通过广播或者双向通信方式直接进行通信的链路；所述状态信息至少包含通信模块和计算模块功能是否正常等信息。具体如下：S21：在时刻t0，所有无人机均在约定时间内向其周围广播状态信息；S22：在时刻t1，无人机i(取所有编号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据；/nS2：无人机群中的每个无人机生成直接通信链路；/nS3：确定局部最优的获胜者及其间接通信链路；/nS4：利用间接通信链路找到全局最优的获胜者。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据；
S2：无人机群中的每个无人机生成直接通信链路；
S3：确定局部最优的获胜者及其间接通信链路；
S4：利用间接通信链路找到全局最优的获胜者。


2.根据权利要求1所述的一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，所述通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据，包括：所述源数据至少包括所述无人机群中每个无人机的编号、规定时限、时间同步信号，所述时间同步信号用于同步所述无人机群中所有无人机的时钟。


3.根据权利要求1所述的一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，所述通过无人机群的数据采集模块向其每个无人机输入源数据，包括：所述无人机群中的每个无人机需具备双向通信模块、广播通信模块和计算模块。


4.根据权利要求1所述的一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，所述无人机群中的每个无人机生成直接通信链路，包括：所述无人机群中的每个无人机通过广播状态信息确认直接通信链路；所述直接通信链路是指两个无人机可通过广播或者双向通信方式直接进行通信的链路；所述状态信息至少包含通信模块和计算模块功能是否正常等信息。


5.根据权利要求2所述的一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，所述确定局部最优的获胜者及其间接通信链路，包括：所述无人机群中的任一无人机通过广播找出其直接通信链路上所有无人机中拥有直接通信链路最多的无人机，认为该拥有直接通信链路最多的无人机是竞争中心无人机的获胜者，所述任一无人机作为中继无人机为所述获胜者生成间接通信链路。


6.根据权利要求5所述的一种无人机集中式任务规划的中心无人机选择方法，其特征在于，所述中心无人机为所述无人机群中执行任务规划的无人机；所述中继无人机为其他两个无人机搭建通信链路的中间无人机；所述获胜者为每个无人机自己认定的中心无人机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈华，崔金雷，李兵，赵新路，郭继文，刘正敏，韩志强，江余敏，
申请(专利权)人：四川航天系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51