[發明專利]一種改進螢火蟲算法的多無人機協同耦合任務分配方法

有效

• 申請號: 201710281909.2
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107219858B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 張耀中;謝松巖;胡波;張建東;史國慶;李飛龍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06N3/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種改進螢火蟲算法的多無人機協同耦合任務分配方法，涉及任務規劃設計領域，為一種具有特殊編解碼結構的混合離散螢火蟲算法，根據對同時具有時間耦合約束和特殊耦合約束的多無人機協同任務分配問題進行研究，提出數學模型并進行任務解算，本發明具有較好的通用性，通過多次的仿真驗證獲得的數據分析，使得模型更加完善，迭代過程簡短，收斂速度快；以最小化無人機的最大航程為整體優化目標，通過分段整數編碼的方式有效地表示多無人機協同任務分配方案，并通過改進的DE?DFA算法在解空間里尋找最優解，快速有效地解決耦合任務環境下的多無人機任務分配問題，為解決耦合任務環境下的多無人機任務分配問題提供解決方案。

技術領域

本發明涉及任務規劃設計領域，尤其是一種無人機協同作戰的規劃方法。

背景技術

任務規劃系統設計在很多領域的成功應用，為國防事業以及工業生產帶來了很大提升，多無人機協同任務規劃問題是一類具有多種約束的組合優化問題，也是一類典型的NP-Hard問題，具有高度復雜性。本發明以多無人機協同執行具有復雜耦合約束關系的SEAD任務為研究背景，充分考慮無人機的異構性、資源有限性以及任務間的耦合約束，包括確認、打擊和毀傷評估三種子任務的時間耦合約束以及目標間的特殊耦合約束，以組合優化理論和新興的優化算法為數學工具，對耦合任務環境下的多無人機協同任務規劃問題進行深入研究。

螢火蟲算法(Firefly Algorithm，FA)是由Xin-She Yang于2008年提出的，它源自對自然界中螢火蟲群體行為的模擬，是一種新興的高級元啟發式優化算法。該算法的優化機制是通過不同螢火蟲個體之間的互相吸引達到尋找最優解的目的，因而是一種群智能(Swarm Intelligence)隨機優化算法，其概念簡單，流程清晰，需要調整的參數少，容易實現，因而受到眾多國內外學者的關注。

螢火蟲算法作為一種新興的優化算法已在諸多領域展現了良好的應用前景，在任務規劃系統設計領域的應用中，多數研究在建模時進行了一定程度的簡化處理，并且沒有考慮任務中存在的耦合約束關系，目前還沒有文獻將螢火蟲算法及相關改進算法應用于同時具有時間耦合約束和特殊耦合約束的多無人機協同任務分配問題。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種具有特殊編解碼結構的混合離散螢火蟲算法，即DE-DFA算法，根據對同時具有時間耦合約束和特殊耦合約束的多無人機協同任務分配問題進行研究，提出數學模型并進行任務解算。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的詳細步驟如下：

步驟1：構建特殊耦合下的任務分配模型

在該步驟中，存在如下定義：

定義1：U＝{U₁,U₂,…,U_i,…,U_M}為無人機集合，其中U_i表示第i架無人機，M表示無人機總數；

定義2：T＝{T₁,T₂,…,T_j,…,T_N}為目標集合，其中T_j表示第j個目標，N為目標總數；

定義3：Task_jh為目標T_j的第h種任務，h＝1,2,3，當h＝1為確認，h＝2為打擊，h＝3為毀傷評估；

定義4：U^jh為能夠執行任務Task_jh的無人機集合；

定義5：TaskSequence_i＝{task1＞task2＞task3＞…＞taskn_i}為無人機U_i的任務序列；其中n_i表示分配給無人機Ui的任務數量，taskn_i表示無人機U_i需要執行的任務；