异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备技术方案

本申请涉及异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备，该方法包括：基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业；在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。显著提高了集群体系任务效能。体系任务效能。体系任务效能。

【技术实现步骤摘要】
异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备


[0001]本专利技术属于无人机集群控制
，涉及一种异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备。

技术介绍

[0002]作业环境下无人机集群网络依靠各节点的自组织行为驱动产生动态演化效果，该过程从cyber空间(赛博空间)映射到实体空间来看，涉及到任务单元群体内部以及与环境之间交互产生的非线性、涌现性行为。为此，从任务实体参与任务进程的角度可以将无人机集群归类为一种复杂自适应系统(CAS)。传统的基于微分方程组的复杂系统建模方法如兰彻斯特方程，对于任务单元之间的信息反馈往往停留在宏观层面，缺乏对任务实体微观层面的动态属性描述；再如，基于离散事件的仿真方法，对任务过程进行自上而下的粗粒度分解，难以充分考虑任务单元的异构特性和动作细节。在动态对抗条件下，作业环境的态势急剧变化，任意时刻都可能发生新目标任务的“弹出式”注入以及任务单元的节点失效甚至任务体系的级联失效，而且无人机集群通信网络的拓扑结构也会发生剧烈变化，都将影响体系任务效能的有效发挥，然而传统的无人机集群技术中尚未能解决无人机集群体系任务效能不高的这一技术问题。

技术实现思路

[0003]针对上述传统方法中存在的问题，本专利技术提出了一种异构无人机集群自组织运行控制方法、一种异构无人机集群自组织运行控制系统以及一种计算机设备，能够显著提高无人机集群体系任务效能。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：
[0005]一方面，提供一种异构无人机集群自组织运行控制方法，包括步骤：
[0006]基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；
[0007]获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；
[0008]控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；
[0009]当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业；
[0010]在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。
[0011]另一方面，还提供一种异构无人机集群自组织运行控制系统，包括：
[0012]任务初始模块，用于基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；
[0013]任务响应模块，用于获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各无人机进行需求响应阶段的航迹规划；输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；
[0014]合围等待模块，用于控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；
[0015]作业执行模块，用于当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入合围等待阶段时，触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业后；
[0016]状态切换模块，用于在完成同步作业后解散临时任务联盟，各无人机切换至任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。
[0017]又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的异构无人机集群自组织运行控制方法的步骤。
[0018]再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的异构无人机集群自组织运行控制方法的步骤。
[0019]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0020]上述异构无人机集群自组织运行控制方法、系统和设备，通过基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷相对分散化均匀部署到任务空间中，然后利用轻量化的最优控制模型进行各无人机在需求响应阶段的航迹规划，控制各无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段，当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入该阶段状态时即触发临时任务联盟对任务目标发起同步作业，作业结束即解散临时任务联盟，使各无人机切换在任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。如此，基于构建的无人机集群内部的信息交互网络，实现对作业态势的分布式感知和信息共享，在此基础上可对多个任务目标分别形成松散的临时任务联盟，将分散在多平台上的任务功能聚合成自适应动态执行网络，最终依据预设的协同任务作业样式完成任务，显著提高了无人机集群体系任务效能。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为一个实施例中异构无人机集群自组织运行控制方法的流程示意图；
[0023]图2为一个实施例中无人机的运动状态和转移流程示意图；
[0024]图3为一个实施例中无人机飞行航迹的规划流程示意图；
[0025]图4为另一个实施例中异构无人机集群自组织运行控制方法的流程示意图；
[0026]图5为又一个实施例中异构无人机集群自组织运行控制方法的流程示意图；
[0027]图6为一个实施例中异构无人机集群自组织运行控制系统的模块结构示意图。
具体实施方式
[0028]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0029]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
[0030]需要说明的是，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本专利技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
[0031]本领域技术人员可以理解，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0032]在一个实施例中，如图1和图2所示，提供一种异构无人机集群自组织运行控制方法，包括步骤S11至S15：
[0033]S11，基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机。
[0034]可以理解，在作业环境下异构无人机集群网络可依靠各节点的自组织行为驱动产生动态演化效果，该过程从cyber空间(赛博空间)映射到实体空间来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构无人机集群自组织运行控制方法，其特征在于，包括步骤：基于Boids模型在任务初始阶段将任务载荷在任务空间中进行相对分散化均匀部署；所述任务载荷包括异构无人机集群中的各无人机；获取航迹规划算法的输入参数和任务需求信息，利用轻量化的最优控制模型为各所述无人机进行需求响应阶段的航迹规划；所述输入参数包括无人机的初始状态约束和末端状态约束；控制各所述无人机按照规划的飞行航迹进入合围等待阶段；当临时任务联盟的所有无人机成员全部进入所述合围等待阶段时，触发所述临时任务联盟对任务目标发起同步作业；在完成同步作业后解散所述临时任务联盟，各所述无人机切换至所述任务初始阶段，等待新的任务目标的需求响应。2.根据权利要求1所述的异构无人机集群自组织运行控制方法，其特征在于，所述异构无人机集群中无人机的任务执行状态包括无目标牵引、有目标牵引和固定目标选择，无人机的运动状态包括蛇形机动、航迹飞行、环绕等待、同步攻击和节点失效。3.根据权利要求1或2所述的异构无人机集群自组织运行控制方法，其特征在于，在所述任务初始阶段的任务执行过程中，各所述无人机在所述任务空间中的部署过程包括：根据所述任务空间中无人机之间相互作用力数据、无人机受到的排斥力数据和吸引力数据，计算无人机受到的合力数据；根据所述合力数据采用欧拉积分方式更新无人机在每个时间步长后的位置数据和速度数据。4.根据权利要求1所述的异构无人机集群自组织运行控制方法，其特征在于，利用轻量化的最优控制模型为各所述无人机进行需求响应阶段的航迹规划的过程，包括：根据所述输入参数指示各无人机通过一致协商确定满足任务目标作业需求的临时任务联盟；根据机载专家系统解算信息指示所述临时任务联盟中的无人机围绕任务目标划设一条环形路径；所述环形路径由多个等距离散点组成，用于无人机飞行等待所述临时任务联盟中的其余成员到达；采用轻量化的所述最优控制模型为无人机的环形路径中多个离散点进行航迹规划并确定规划的飞行航迹的末端状态；指示无人机选择预计到达时间最小的离散点作为最佳进入点并确定最佳进入点的航迹为规划的飞行航迹；控制无人机从蛇形机动状态切换到航迹飞行状态并按所...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏析超，潘子双，韩维，万兵，刘玉杰，程亮亮，郭放，李常久，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：