【技术实现步骤摘要】
一种基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法
[0001]本专利技术涉及无人机群决策领域，特别涉及一种基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法
。
技术介绍
[0002]无人机是一种执行任务的小型飞行系统，随着计算机软件技术和
AI
算法的兴起，越来越多的人开始研究多个无人机的组任务分配，以及在复杂环境和情况下执行多个无人机群任务
。
各种因素促使异构或同构集群系统仿真的快速配置需求，在满足功能需求的同时，也提出了更高的机制要求，包括气动特性
、
行为和集群的非功能约束，集群系统可以从一种环境情况快速切换到另一种环境情况
。
[0003]新时代智能无人机集群作战系统是一项无人化
、
智能化的军事技术
。
它在装备平台上自主分布，军事力量要素网络化和松散耦合，同时，它还具有行为复杂适应性的特点
。
[0004]现有技术中，有学者建立了人工免疫系统算法，通过协调机制对无人机集群进行管理，并映射仿真测试平台来解决群体问题，但都是从群体的具体任务类型进行参数化，没有从系统功能的角度考虑影响，只考虑集群的任务分配问题，包括混合线性整数规划算法
、
蚁群优化算法
、
遗传算法
、
拍卖算法
。
并且，该算法没有考虑到个体任务执行过程中上下级角色的变化，以及动态环境中任务需求的变化，调度过程中会出现节点异常的问题，给任务重调度带来更大的困难
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
1、
建立任务网络：将任务细化，分解成若干个具有逻辑关系的任务节点，形成任务网络，所述任务为无人机群动态重构任务；步骤
2、
构建无人机群能力供应集群和层：将无人机群任务能力分化，根据聚类团块和数学方法，将无人机群任务能力划分为能力供应集群和能力供应层，形成无人机群能力供给块；步骤
3、
建立柔性网络结构：结合能力
、
任务
、
系统平台，根据任务需求和相应的关系，通过引入时间
、
协作负荷和成本三个指标量化任务分配，考虑中心导向结构中关键节点的扰动和变化以及授权传递，建立柔性网络动态调度方法，遍历各能力供应集群，寻找最佳能力供应集群，并寻找最适合执行时变任务的能力供应层，形成规划方案，完成任务分配；步骤
4、
构建基于四阶基序的无人机群动态重构系统：任务调度过程中，基于指控关系的特殊性，包括四种类型：角色更新
、
角色分配
、
角色评价和角色生成，构建四阶基序，基于自适应网络组织结构，建立动态重构算法，确定时间和通信负荷指标，对故障点设计备选策略，完成多无人机网络的任务调度
。2.
根据权利要求1所述的基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法，其特征在于，所述步骤1中，建立任务网络，方法如下：基于任务之间的关系和相互依赖关系，任务网络以有向图形式抽象表示为
G
n
＝
<N,E
n
>
，其中
N
表示任务节点集，
E
n
表示任务节点的边集；系统网络表用于显示系统节点之间的关系，表示为
G
D
＝
<E,E
D
>
，
E
表示系统节点的集合，
E
D
表示系统节点边缘的集合；其中，任务节点根据任务需求和无人机群任务能力建模，与能力供应集群关联，根据任务实际需求确定任务节点的数量和类型，并根据任务的相似性进行聚类，通过量化任务和无人机群任务能力之间的关系，构建聚类任务网络模型
。3.
根据权利要求2所述的基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法，其特征在于，步骤2中，无人机群任务能力表示为
G
L
＝
<P,E
L
>
，其中，
P
表示任务能力节点集，
L
是任务能力集合，
E
L
表示任务能力节点的边集；将发挥供应能力作用的容量替代节点设置为能力供应层，表示为
SL
l
；根据满足的任务需求，对所述能力供应层进行聚类，定义为能力供应集群，表示为
LC(l
，
a)
；其中，
l
是能力供应层的层数，
a
是能力供应集群的序列号，
a∈L
，
a∈(1,SC
n
)
；
SC
n
是由聚类能力提供的能力供应集群的数量，表示为
SC(1,1)、SC(1,2)、SC(1,3)...SC(n,n)
，
n
表示任务节点数量；对于任务网络中的任务节点，在相应的能力供应集群，根据对能力供应的需求，自适应网络动态将所述任务节点发送到任务队列；能力供应集群的节点投标该任务服务，需求不能满足时从上层或更高层次搜索
。4.
根据权利要求3所述的基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法，其特征在于，步骤3所述建立柔性网络结构，方法包括如下子步骤：
S3.1、
基于步骤2能力供应集群和能力供应层的划分，结合无人机群的组织结构的能力
、
任务
、
系统平台，划分相应能力节点
、
任务节点和系统节点，根据任务需求和相应的关系，对每个无人机能力供应集群进行分层划分，集群
a
的
l
层的能力为
LC(l,a)
，
l∈[1,SL
n
]
，
SL
n
是在
n
个任务节点的情况下所分成的能力供应层数；
S3.2、
引入时间
、
协作负荷和成本三个指标量化任务分配，考虑中心导向结构中关键节点的扰动和变化以及授权传递，建立柔性网络动态调度方法；
S3.3、
当计划任务由于其自身失败或外部环境的失败而失败时出现新的任务需求，触发任务和能力匹配的条件，任务节点匹配剩余节点中能力最大的节点，为
SC
L
(N
N
)
中的最大值，在能力层
Max[SC
L
(N
N
)])
中，从最大到最小遍历最大层
Max(N
N
)
的最大值；
S3.4、
遍历各能力集群寻找最佳集群，并寻找最适合执行时变任务的层，形成规划方案，完成无人机群任务分配
。5.
根据权利要求4所述的基于四阶基序的无人机群动态重构任务规划方法，其特征在于，所述能力节点，以
l
为索引，
l∈L
，
l
＝
1,2,
…
,m
；无人机群的任务能力为无人机群具备一定的功能，提供
m
种能力，包括：指挥能力
zc、
侦察能力
cd、
投送能力
zkd
；所述任务节点，以
n
为索引，
k
为任务节点数量，
n
＝
1,2,
…
,k
；使用任务能力
C
＝
[C
ln
]
mk
构建邻接矩阵，
C
ln
表示任务节点
n
是否需要能力
l
，公式如下：所述系统节点用
D
表示，构建系统
‑
能力
‑
任务关系，系统任务能力矩阵为
D
n
＝
[d
en
]
jk
，任务
‑
系统矩阵为
A
＝
[a
le
]
mj
，
j
为系统节点数量，系统节点表示公式如下：为系统节点数量，系统节点表示公式如下：其中，
e
为系统中的一条边，
d
en
...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树翰，熊师洵，解相朋，张娜，熊骏，雷译心，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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