【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机集群任务分配及仿真，涉及一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真方法及系统。
技术介绍
1、相比于单个无人机，无人机集群能适应更复杂的任务场景和任务需求，相应地，随着任务需求和无人机集群规模的不断扩大，集群任务规划的方案急剧增加，为了合理的对各个无人机进行任务分配，如何进行集群的任务规划就显得愈发重要。合理的任务规划不仅有利于减少无人机资源的使用，规避可能存在的无人机生存风险，也提高了任务的执行效果。为了验证集群任务规划的合理性，需要对任务规划的结果进行测试验证。
2、常见的仿真方法有软件仿真、半实物仿真和实物实验。软件仿真一般用于算法验证前期，通过计算机进行模型仿真，不涉及任何实物，具有速度快、成本低等特点，但仿真程度与现实拟合程度较低；半实物仿真则是将系统数学模型中的一部分交由实物进行实验的仿真方法，实物通过硬件接口与仿真系统连接，与软件仿真相比，更加贴近实际，易于检验实物系统的性能；实物实验则是构建全物理模型，进行真实实验，仿真程度最高，但是成本高昂，且实现复杂。因此，为了快捷方便地获取真实数据验证无人机集群任务规划的效果，一般采用半实物仿真的方法。
3、现有任务规划技术中一般将任务分配与路径规划解耦设计，或以无威胁情况下的直线飞行路径作为任务分配的某项指标参数，前者直接忽略了路径规划结果对任务分配的影响，后者则以简单航迹代替真实情况，忽略了实际场景中存在复杂障碍物的情况，均无法实现无人机集群任务的合理分配。
技术实现思路
1、本专利
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真方法，包括以下步骤：
4、获取任务场景数据和无人机集群的位置信息；
5、基于任务场景数据和无人机集群的位置信息求解无人机集群任务分配和路径规划结果，获取各个无人机待执行的航迹信息；
6、基于各个无人机待执行的航迹信息进行实物无人机和虚拟无人机的飞行轨迹仿真；
7、实时获取无人机的飞行数据，完成无人机集群任务规划的仿真试验。
8、一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，包括：
9、信息获取模块，用于获取任务场景数据和无人机集群的位置信息；
10、任务规划模块，用于基于任务场景数据和无人机集群的位置信息求解无人机集群任务分配和路径规划结果，获取各个无人机待执行的航迹信息；
11、无人机飞控模块，用于基于各个无人机待执行的航迹信息进行实物无人机和虚拟无人机的飞行轨迹仿真；
12、数据集群模块，用于实时获取无人机的飞行数据，完成无人机集群任务规划的仿真试验。
13、本系统的进一步改进在于：
14、所述无人机飞控模块包括实物无人机飞控单元和虚拟无人机飞控单元；
15、所述实物无人机飞控单元包括实物无人机任务规划器、实物无人机飞行控制器和实物大气仿真服务器；
16、所述实物无人机任务规划器用于接收飞行指令，并将飞行控制器的数据回传至数据集群模块；
17、所述实物无人机飞行控制器用于接收实物无人机任务规划器下发的指令，生成无人机飞行的控制指令，并将航迹执行结果回传至实物无人机任务规划器；
18、所述实物大气仿真服务器用于模拟无人机在空中飞行的大气环境；
19、所述虚拟无人机飞控单元包括若干台仿真计算机，用于接收飞行指令，并将仿真飞行结果回传至数据集群模块。
20、所述数据集群模块包括三维视景平台和地面监测平台；
21、所述三维视景平台用于接收无人机飞控模块传回的飞行数据，并展示在三维视景中；
22、所述地面监测平台用于实时监测无人机的飞行姿态信息。
23、所述数据集群模块还包括：
24、用于并将各个无人机待执行的航迹信息发送至各无人机；
25、用于接收飞行仿真数据。
26、一种面向无人机集群任务规划的方法，包括以下步骤：
27、s1：获取任务场景数据和无人机集群的位置信息；
28、s2：基于任务场景数据和无人机集群的位置信息生成初始任务分配方案种群sa，设其中一组任务分配矩阵为a，其元素表示为aij，设集群任务分配的性能指标ja；
29、s3：基于任务分配矩阵a生成初始无人机i任务执行顺序种群为soi，设其中一组无人机i执行qi个任务的顺序为设无人机i执行qi个任务的顺序性能指标jo，设相邻两个任务op和op+1之间的路径由k个航迹点组成；
30、s4：基于任务分配矩阵a和顺序o生成初始无人机i执行op和op+1任务的航迹点种群sli,p，设其中一组航迹点为l＝[l1 l2 … lk]，设此段无人机的航迹性能指标为jl,i,p，则无人机i执行其所有分配任务的航迹性能指标为所有无人机执行任务的性能指标为
31、s5：计算所有航迹点种群的性能指标，根据计算结果判断是否达到终止条件或性能指标是否达到最优，若否，则依次进行变异操作、交叉操作和选择操作，更新航迹点种群，循环执行s4-s5，直至满足终止条件或性能指标达到最优，若是，则执行s6，此时得到最优的一组航迹点sl*，其性能指标为jsl＝jl*；
32、s6：计算所有任务执行顺序种群的性能指标，根据计算结果判断是否达到终止条件或性能指标是否达到最优，若否，则依次进行变异操作、交叉操作和选择操作，更新任务执行顺序种群，重复操作步骤s3-s6，直至满足终止条件或性能指标达到最优，若是，则执行s7，此时得到最优的一组任务执行顺序so*，其性能指标为jso＝jo*；
33、s7：计算所有任务分配方案种群的性能指标，根据计算结果判断是否达到终止条件或性能指标是否达到最优，若否，则依次进行变异操作、交叉操作和选择操作，更新任务分配种群，重复操作步骤s2-s7，直至满足终止条件或性能指标达到最优，若是，则此时得到最优的一组任务分配方案sa*，其性能指标为jsa＝ja*；
34、基于航迹点sl*和任务分配方案sa*得到任务规划结果。
35、所述获取任务场景数据和无人机集群的位置信息包括：
36、目标数量n和位置t＝{t1,t2,…,tn}，无人机数量m和位置u＝{u1,u2,…,um}，禁飞区或威胁区数量z和位置z＝{z1,z2,…,zz}。
37、一种面向无人机集群任务规划的系统，包括
38、信息获取模块，用于获取任务场景数据和无人机集群的位置信息；
39、任务分配本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述无人机飞控模块包括实物无人机飞控单元和虚拟无人机飞控单元；
4.根据权利要求3所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述数据集群模块包括三维视景平台和地面监测平台；
5.根据权利要求4所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述数据集群模块还包括：
6.一种面向无人机集群任务规划的方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种面向无人机集群任务规划的方法，其特征在于，所述获取任务场景数据和无人机集群的位置信息包括：
8.一种面向无人机集群任务规划的系统，其特征在于，包括
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6-7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，包括：
3.根据权利要求2所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述无人机飞控模块包括实物无人机飞控单元和虚拟无人机飞控单元；
4.根据权利要求3所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述数据集群模块包括三维视景平台和地面监测平台；
5.根据权利要求4所述的一种面向无人机集群任务规划的半实物仿真系统，其特征在于，所述数据集群模块还包括：
6.一种面向无人机集...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁源，侍佳宁，袁欢欢，闫星辉，雷滨，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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