[發(fā)明專利]基于VR-Forces仿真平臺的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310751055.1
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN103699106A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設計）人: 楊善林;王國強;羅賀;胡笑旋;馬華偉;靳鵬;夏維;葉青松;汪永康;秦英祥
• 申請（專利權）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發(fā)明涉及多無人機控制技術，特別涉及多無人機協(xié)同任務規(guī)劃的仿真平臺及仿真方法。

背景技術

多無人機協(xié)同任務規(guī)劃技術是指從任務確定到任務完成的整個過程中，多個無人機之間通過網(wǎng)絡通信進行信息交互和協(xié)同，根據(jù)環(huán)境態(tài)勢的變化，實時地將任務分配給各個無人機，并為每個無人機設計出協(xié)同的飛行航路，從而使得整個多無人機的生存概率和整體任務效能達到最優(yōu)或近似最優(yōu)的一種協(xié)同控制決策技術。

多無人機協(xié)同任務規(guī)劃涉及到自動化控制、空氣動力學、網(wǎng)絡通信、信息融合、協(xié)同任務分配、協(xié)同航跡規(guī)劃等多個領域，除了需要考慮任務本身構成要素的要求外，還必須考慮多個無人機之間協(xié)調一致共同執(zhí)行任務的約束關系，因此是一個約束條件眾多而復雜的多目標優(yōu)化與決策問題，往往需要通過大量的實驗才可能獲取到一個滿意的解決方案，如果使用真實的無人機進行實驗不僅成本高而且風險性大，因此需要先建立仿真平臺來反復驗證多無人機協(xié)同任務規(guī)劃算法的有效性，最后才能進行真實無人機的協(xié)同任務規(guī)劃實驗。

傳統(tǒng)的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真技術主要分為單系統(tǒng)仿真、自主研發(fā)的分布式系統(tǒng)仿真和基于HLA（High?Level?Architecture，高級體系結構）的分布式系統(tǒng)仿真三種，但各自都存在著不足之處：單系統(tǒng)仿真的與真實多無人機的分布式體系結構不符，不能有效地仿真無人機之間的分布式協(xié)同；自主研發(fā)的分布式系統(tǒng)仿真難以保證各個分散子系統(tǒng)之間的無人機仿真實體狀態(tài)信息和仿真時間的一致性，同時需要自主實現(xiàn)無人機仿真實體之間的底層通信傳輸，難度較大，研發(fā)周期會比較長；HLA是分布式系統(tǒng)仿真的主流技術，現(xiàn)已成為IEEE仿真與建模的標準，基于HLA的分布式系統(tǒng)仿真不需要關心底層通信傳輸、仿真運行管理的細節(jié)，它們由底層的RTI(Run-Time?Infrastructure，運行支撐環(huán)境)自動完成，用戶可將主要精力放在具體的仿真功能實現(xiàn)上，即聯(lián)邦成員的研發(fā)上，雖然可以保證各個無人機仿真實體狀態(tài)信息和仿真時間的一致性，但復雜任務場景下需要研發(fā)的聯(lián)邦成員較多，研發(fā)周期會比較長。此外，傳統(tǒng)的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真技術還缺少對多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真場景的二維或三維圖像的實時展示，仿真展示度不高。

發(fā)明內容

本發(fā)明為克服現(xiàn)有多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真技術存在的不足之處，提出了一種基于VR-Forces仿真平臺的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真系統(tǒng)，不僅能快速有效地仿真不同的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃場景，并保證各個無人機仿真實體狀態(tài)信息和仿真時間的一致性，而且能以二維圖像形式實時展示出任務規(guī)劃仿真場景，從而提高多無人機協(xié)同任務規(guī)劃系統(tǒng)的研發(fā)效率、降低真實的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃系統(tǒng)的研發(fā)驗證成本和風險。

本發(fā)明為達到上述目的所采用的技術方案是：

本發(fā)明一種基于VR-Forces仿真平臺的多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真系統(tǒng)的特點是：所述多無人機協(xié)同任務規(guī)劃仿真系統(tǒng)由n個無人機仿真子系統(tǒng)、一個地面控制中心仿真子系統(tǒng)和一個任務規(guī)劃仿真場景管理子系統(tǒng)組成；所述n個無人機仿真子系統(tǒng)、一個地面控制中心仿真子系統(tǒng)和一個任務規(guī)劃仿真場景管理子系統(tǒng)各自運行在同一個局域網(wǎng)中的不同計算機上；

所述任務規(guī)劃仿真場景管理子系統(tǒng)通過添加和修改所述VR-Forces仿真平臺的配置文件生成無人機仿真實體、地面控制中心仿真實體和目標仿真實體；

所述任務規(guī)劃仿真場景管理子系統(tǒng)通過VR-Forces前端加載地形數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建地形環(huán)境，并在所述地形環(huán)境中添加n個無人機仿真實體、一個地面控制中心仿真實體和m個目標仿真實體以生成任務規(guī)劃仿真場景，同時保存為任務規(guī)劃仿真場景文件；

所述任務規(guī)劃仿真場景管理子系統(tǒng)通過VR-Forces前端加載所述任務規(guī)劃仿真場景文件，從n個無人機仿真子系統(tǒng)獲取n個無人機仿真實體的狀態(tài)信息；并發(fā)送m個目標仿真實體的狀態(tài)信息和地形環(huán)境信息給所述n個無人機仿真子系統(tǒng)和地面控制中心仿真子系統(tǒng)；同時實時展示出所述任務規(guī)劃仿真場景；

所述無人機仿真子系統(tǒng)的組成包括：無人機仿真引擎模塊、信息獲取模塊、信息融合模塊、協(xié)同編隊管理模塊、協(xié)同任務分配模塊、協(xié)同航跡規(guī)劃模塊、全局信息池模塊和飛行控制模塊；