一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法，主要应用于携带有限资源的异构无人机在未知区域执行任务时，实时生成高效的分布式异构无人机联盟。该方法以单个无人机（针对固定翼无人机）难以有效的完成复杂任务为前提，主要考虑如何构建一个高效的异构无人机联盟来执行复杂的任务。本发明专利技术首先利用无人机在指定区域内搜索任务目标，在发现某一任务后判断是否需要发出联盟请求信息，接收到联盟请求信息的无人机判断是否响应，由此获得候选联盟，再利用基于资源树的分布式联盟构造方法获得最高效的无人机联盟。本发明专利技术提出的方法可用于在未知环境中利用异构无人机执行复杂任务时，实时构建高效的分布式异构无人机联盟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法
本专利技术涉及一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法，属于无人机在执行任务时的任务分配

技术介绍
近年来，无人机(UAV)被广泛地应用于各个领域以执行各种任务。多无人机的任务规划通常分为两个部分：任务分配和路径规划。我们可以将任务分配问题解释为能在多项式时间内被验证其正确性的组合优化问题(NP-hard组合优化问题)。任务分配的复杂性随着无人机和任务的数量而增加。启发式算法，例如蚁群优化(ACO)，遗传算法(GA)，粒子群优化(PSO)和模拟退火(SA)等都已被用来为任务分配问题提供合理的解决方案，但这些方案在解决一些大型问题时存在效率低下的问题。同样的，许多精确算法的复杂度会随着无人飞行器数量和任务数量的增加而迅速提高。因此，通常适用于一些小型问题。值得注意的是，以上算法多假设使用的是同构无人机，具有足够的资源，且任务目标的位置和所需资源都已知。但是，考虑到单个无人机携带的资源有限，当任务数量和复杂性的增加时，单个无人机通常无法独自完成任务。因此，需要将资源有限的无人机组建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，定义任务区域内共有L个不同的任务目标构成集合T＝{T

【技术特征摘要】
1.一种基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，定义任务区域内共有L个不同的任务目标构成集合T＝{T1，T2，…，TL}，一共有Q种不同的资源，则任务目标Tl的资源需求量用向量表示，其中，表示任务目标Tl所需q类资源的数目，q＝1，2，…，Q，l＝1，2，…，L；
步骤2，定义共有N架异构无人机构成集合U＝{U1，U2，…，UN}，则异构无人机Un携带的资源用向量表示，其中，表示异构无人机Un持有q类资源的数目，n＝1，2，…，N；
步骤3，所有异构无人机沿着给定的航线在任务区域内进行随机搜索，当某个异构无人机到达任务区域的边界时，根据其运动学约束调整航向使该异构无人机始终处于任务区域内；在搜索过程中，根据异构无人机是否搜索到任务目标将异构无人机进行分类，即若异构无人机搜索到任务目标，则将其作为领导者无人机，否则作为一般无人机；
步骤4，领导者无人机搜索到任务目标Tl的同时会获取该任务目标的位置与其所需要的资源，若领导者无人机满足该任务目标的资源需求，则直接执行该任务目标；否则将该任务目标的信息广播给领导者无人机通信范围内的其他异构无人机，等待其他异构无人机的响应，领导者无人机接收到所有响应后，将所有响应的异构无人机与自身组成一个候选异构无人机集合；
步骤5，基于资源树的联盟构成算法，从候选异构无人机集合中为任务目标Tl确定所有可行的异构无人机联盟，计算每个可行的异构无人机联盟的效用值，从中选取效用值最小的异构无人机联盟作为执行任务目标Tl的异构无人机联盟Cl；
步骤6，对于执行任务目标Tl的异构无人机联盟Cl，利用杜宾斯曲线计算出联盟Cl中到达任务目标Tl所花时间最长的异构无人机的飞行时间，并向联盟Cl中其他异构无人机广播该飞行时间，联盟Cl中其他异构无人机收到后会调整其杜宾斯曲线的转弯半径，实现联盟Cl中的所有异构无人机在同一时刻抵达任务目标Tl并开始执行任务目标Tl。


2.根据权利要求1所述基于资源树的分布式异构无人机联盟构成方法，其特征在于，步骤3所述领导者无人机在联盟形成过程中的行动顺序如下：
a)当某异构无人机Ui搜索到任务目标Tl时，将异构无人机Ui作为领导者无人机，同时发现任务目标Tl需要的资源为
b)如果异构无人机Ui并未执行任何任务目标且持有任务目标Tl所需的所有资源，则异构无人机Ui利用杜宾斯曲线重新规划路径去执行任务目标Tl；如果异构无人机Ui已经是某一个联盟的成员或异构无人机Ui没有足够的资源用于执行任务目标Tl，则异构无人机Ui作为联盟的领导者，将任务目标Tl的位置和所需的资源广播给异构无人机Ui通信范围内的其他异构无人机；
c)在异构无人机Ui通信范围内，不属于任何一个联盟，并且至少持有一种任务目标Tl必需的资源的异构无人机，将响应异构无人机Ui，并将其到达任务目标Tl的飞行时间、能量消耗以及所持有的资源作为响应信息传输给异构无人机Ui；
d)异构无人机Ui收到所有响应后，将所有响应的异构无人机与自身组成一个候选异构无人机集合C(Ui，Tl)；
e)异构无人机Ui基于资源树的联盟构成算法确定执行任务目标Tl的异构无人机联盟Cl，如果确定联盟失败，异构无人机Ui将向所有响应者广播拒绝消息，否则，将向所有选定的异构无人机广播联盟信息。


3.根据权利要求1所述基于资源树的分布式异构无人机联...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟象平，汪睿，李丽，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32