[發明專利]一種通信延遲約束下多無人機任務指派沖突消解方法

在審

• 申請號: 201910054211.6
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109917805A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 符小衛;馮鵬;高曉光
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種通信延遲約束下多無人機任務指派沖突消解方法，其特征在于：假設無人機編隊由N_u個無人機組成，所有無人機均是同一類型，任務執行區域內有N_t個目標，每個目標都有各自的價值V_j，j＝1,2...,N_t；具體步驟如下：

步驟1：建立多無人機任務指派模型

無人機可以執行4種不同的任務，即默認執行對全域的搜索任務，同時還對每個已知目標執行分類、攻擊和核實3類任務，且必須滿足嚴格的順序要求，即必須先對目標分類，再打擊，最后進行核實；

當發現新目標或目標狀態改變時，新信息輸入到模型中，算法都會被再次運行解算；算法模型可表示為：

其中，B表示指派任務總收益；X_i,j∈{0,1}是一個二元決策變量；變量是無人機i對目標j執行m任務的收益，分別為搜索(m＝0)、分類(m＝1)、攻擊(m＝2)、核實(m＝3)；只有在搜索任務時，才能使j＝0；

該模型在離散時間點上，在所有無人機上同時運行，并為每架無人機指派最多一項任務；

步驟2：運用卡爾曼濾波器對無人機位置狀態進行預測和估計，然后將所得的位置用于步驟1中的收益計算中，得到每個無人機的最大指派任務總收益和其對應的收益矩陣；

步驟3：指派沖突的預測方法

在某一階段k每個無人機i首先選擇其收益矩陣的最大元素max1_i,j(B_i,j,k)，然后找到矩陣的次大元素max2_i,j(B_i,j,k)，其中j表示某一目標；若

max1_i,j(B_i,j,k)-max2_i,j(B_i,j,k)＜∈(∈＞0)

成立，則表示存在潛在的沖突；

其中，∈表示任意選取的閾值；

步驟4：指派沖突的消解方法

當上式成立時，表明算法任務指派可能存在沖突；此時，本地無人機開啟通信模式，向同伴廣播一個包含量測信息的投標向量；這個向量為

其中，分別表示無人機編號、任務所針對的目標、指派任務以及當前任務階段；β_i＝max1_i,j(B_i,j,k)表示本地收益矩陣的最大元素；

其他無人機收到廣播信息后，檢查是否與自己運行任務指派方案統一，并把指派方案的所有信息廣播出去；當無人機收到來自所有隊友的廣播信息后，比較所有方案的收益，選擇收益最大的任務作為最終指派方案；因為當開啟廣播通信后，每個無人機都會收到來自所有無人機的信息，這些信息是相同的，所以最終所有無人機會做出相同的任務指派決策；

步驟5：優先級設定

設Π表示對無人機的優先級排序,且

為無人機i的優先級；對所有無人機進行排序，序列號越小的無人機擁有越高的優先級；

當無人機編隊成功預測沖突并進行廣播通信后，兩個或以上無人機提出的最優指派任務取得的收益值相同；此時，比較所有收益值相同的任務的源指派無人機的優先級，把優先級最高無人機指派的任務設置為最終執行的任務。