[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)人機(jī)群分布式任務(wù)調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711102120.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN107728643B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董洛兵;王菲;劉卓瑞;何施俊;黨鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 韋全生;王品華

1.一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)人機(jī)群分布式任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，通過(guò)作為分布式架構(gòu)主節(jié)點(diǎn)的決策無(wú)人機(jī)和從節(jié)點(diǎn)的集群無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

(1)決策無(wú)人機(jī)向各集群無(wú)人機(jī)分配任務(wù)并發(fā)送執(zhí)行指令：

(1a)決策無(wú)人機(jī)確定集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)，包括集群無(wú)人機(jī)的數(shù)量、各集群無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)和續(xù)航能力；

(1b)決策無(wú)人機(jī)確定待執(zhí)行任務(wù)情況，包括任務(wù)數(shù)目、任務(wù)目標(biāo)位置和任務(wù)性質(zhì)；

(1c)決策無(wú)人機(jī)根據(jù)集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)和待執(zhí)行任務(wù)情況，向各集群無(wú)人機(jī)分配待執(zhí)行任務(wù)，并發(fā)送執(zhí)行指令；

(2)各集群無(wú)人機(jī)根據(jù)決策無(wú)人機(jī)發(fā)送的執(zhí)行指令執(zhí)行任務(wù)，并通過(guò)心跳機(jī)制與決策無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信，向決策無(wú)人機(jī)發(fā)送各自的飛行位置、續(xù)航能力和任務(wù)執(zhí)行情況數(shù)據(jù)；

(3)決策無(wú)人機(jī)對(duì)各集群無(wú)人機(jī)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度：

(3a)決策無(wú)人機(jī)對(duì)集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，得到實(shí)時(shí)環(huán)境態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果，并根據(jù)接收到的各集群無(wú)人機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)和決策無(wú)人機(jī)監(jiān)控得到的實(shí)時(shí)環(huán)境態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果，判斷是否進(jìn)行任務(wù)優(yōu)化調(diào)度，若是，執(zhí)行步驟(3b)，否則各集群無(wú)人機(jī)按原執(zhí)行指令繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)；其中，決策無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的各集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行情況，包括各集群無(wú)人機(jī)飛行位置和續(xù)航能力，以及當(dāng)前任務(wù)數(shù)目、任務(wù)目標(biāo)位置和任務(wù)性質(zhì)；

(3b)決策無(wú)人機(jī)根據(jù)監(jiān)控到的當(dāng)前各集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)和任務(wù)情況，制定不同決策方案：

當(dāng)決策無(wú)人機(jī)監(jiān)控到有集群無(wú)人機(jī)運(yùn)行異常或者集群無(wú)人機(jī)續(xù)航能力無(wú)法支持其完成任務(wù)時(shí)，重新確定可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)的集群無(wú)人機(jī)數(shù)目，并統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)異常的集群無(wú)人機(jī)無(wú)法執(zhí)行的任務(wù)，確定可以代替異常無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的集群無(wú)人機(jī)；

當(dāng)決策無(wú)人機(jī)監(jiān)控到任務(wù)數(shù)目增加時(shí)，確定新出現(xiàn)的任務(wù)目標(biāo)位置和有能力完成新任務(wù)的集群無(wú)人機(jī)；

當(dāng)決策無(wú)人機(jī)監(jiān)控到任務(wù)數(shù)目減少時(shí)，確定執(zhí)行該任務(wù)的集群無(wú)人機(jī)，向該集群無(wú)人機(jī)發(fā)送暫停指令，集群無(wú)人機(jī)暫停執(zhí)行該任務(wù)并等待接收新的任務(wù)指令；

(3c)決策無(wú)人機(jī)根據(jù)不同的決策方案，將重新確定的任務(wù)及其對(duì)應(yīng)的飛行路徑分配給各集群無(wú)人機(jī)；

(4)各集群無(wú)人機(jī)根據(jù)各自的飛行路徑，執(zhí)行重新確定的任務(wù)，并保持編隊(duì)；

(5)決策無(wú)人機(jī)監(jiān)控各集群無(wú)人機(jī)任務(wù)完成情況，當(dāng)全部任務(wù)完成時(shí)，發(fā)送返航指令，無(wú)人機(jī)群降落到指定區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)人機(jī)群分布式任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(2)中所述的各集群無(wú)人機(jī)根據(jù)決策無(wú)人機(jī)發(fā)送的執(zhí)行指令執(zhí)行任務(wù)，并通過(guò)心跳機(jī)制與決策無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(2a)各集群無(wú)人機(jī)每隔一段時(shí)間向決策無(wú)人機(jī)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包并等待決策無(wú)人機(jī)的返回?cái)?shù)據(jù)，發(fā)送的數(shù)據(jù)包內(nèi)的數(shù)據(jù)包括集群無(wú)人機(jī)的ID、當(dāng)前飛行位置、續(xù)航能力和任務(wù)完成情況；

(2b)決策無(wú)人機(jī)對(duì)接收到的各集群無(wú)人機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，得到各集群無(wú)人機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并向各集群無(wú)人機(jī)回復(fù)一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，回復(fù)的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)包括為集群無(wú)人機(jī)分配的任務(wù)、規(guī)劃的飛行路徑和環(huán)境態(tài)勢(shì)信息；

(2c)各集群無(wú)人機(jī)接收決策無(wú)人機(jī)回復(fù)的數(shù)據(jù)包，完成一次心跳通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)人機(jī)群分布式任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(1a)中所述的各集群無(wú)人機(jī)飛行參數(shù)，包括各集群無(wú)人機(jī)傳輸模塊的信號(hào)質(zhì)量、任務(wù)執(zhí)行模塊的反應(yīng)速度、無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)和實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)態(tài)環(huán)境下的無(wú)人機(jī)群分布式任務(wù)調(diào)度方法，其特征在于，步驟(3a)中所述的決策無(wú)人機(jī)對(duì)集群無(wú)人機(jī)狀態(tài)和任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，得到實(shí)時(shí)環(huán)境態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(3a1)決策無(wú)人機(jī)整理各集群無(wú)人機(jī)發(fā)送的各自的飛行位置、續(xù)航能力和任務(wù)執(zhí)行情況數(shù)據(jù)，并清洗其中的沖突數(shù)據(jù)和無(wú)效數(shù)據(jù)，得到有效數(shù)據(jù)；

(3a2)決策無(wú)人機(jī)根據(jù)得到的有效數(shù)據(jù)形成跟蹤視圖，并利用形成的跟蹤視圖對(duì)各集群無(wú)人機(jī)有效覆蓋范圍、通視性和機(jī)動(dòng)性進(jìn)行評(píng)估，得到實(shí)時(shí)任務(wù)環(huán)境態(tài)勢(shì)信息；

(3a3)決策無(wú)人機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)任務(wù)環(huán)境態(tài)勢(shì)信息，對(duì)環(huán)境潛在威脅和任務(wù)目標(biāo)緊急程度進(jìn)行評(píng)估，得到實(shí)時(shí)任務(wù)環(huán)境態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果。