[發明專利]異構多無人機協同任務分配與路徑優化方法

有效

• 申請號: 202010084469.3
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111399533B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 羅賀;朱默寧;楊善林;王國強;胡笑旋;馬華偉;唐奕城;靳鵬;夏維
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京久誠知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11542
• 代理人: 余罡

本發明提供了一種異構多無人機協同任務分配與路徑優化方法，具體涉及無人機技術領域，該方法可以包括：先確定目標區域內無人機的相關信息、無人機站點的相關信息以及需使用無人機獲取的目標物的相關信息，再計算無人機的站點到所有目標物的歐氏距離以及所有目標物之間的歐氏距離，然后建立異構無人機變收益任務分配問題HU?TAP?VP模型，獲取執行協同任務的初始任務分配方案集合，最后使用引入自適應切換機制的混合遺傳模擬退火算法HGSA進行優化，從而得到每架無人機的安全可飛路徑。基于本發明實施例提供的方法，可以在復雜危險場景下，快速得到高質量的任務分配方案，優化每架無人機對目標物的訪問路徑。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，具體涉及一種異構多無人機協同任務分配與路徑優化方法。

背景技術

目前，無人機已被廣泛應用于軍事目標偵察和地震災后勘察等復雜危險場景中，由于這些任務的時間敏感性較高，而且對任務的完成質量有一定的要求，所以單架無人機往往無法完成，需要多架異構的無人機協同完成上述任務。無人機可以搭載不同類型的傳感器獲取目標物的圖像，比如：通過可見光雷達和合成孔徑雷達對軍事目標或地震災區內的建筑物進行拍照。對不同類型傳感器所獲取的圖像進行合成可以大大提升所獲取信息的可信度，只有當信息的可信度高于任務需要的最低可信度時，無人機所獲取的信息才是有用的。

在現有方案中，在考慮任務時間約束的情況下為多架無人機分配了目標，但沒有考慮無人機的動力學約束，所以沒有為每一架無人機規劃出可飛的路徑。因此，無法使得每架無人機的路徑達到最優，從而無法最大化所有無人機獲取的有用信息。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種異構多無人機協同任務分配與路徑優化方法，可以在復雜危險場景下，優化每架無人機對目標物的訪問路徑，以最大化無人機所獲取的有用信息。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

本發明提供了一種異構多無人機協同任務分配與路徑優化方法，所述方法包括：

確定目標區域內需要無人機獲取信息的目標物坐標及其重要程度；

確定執行訪問所述目標物的任務執行時長；

獲取訪問所述目標物的異構多無人機的數量，以及每架所述無人機的相關參數；所述相關參數包括：編號、所搭載的傳感器類型、飛行速度和/或最小轉彎半徑；

確定執行任務的多種傳感器的信息融合率，以及任務所需要的最低可信度；

獲取所述無人機的站點的站點坐標；

計算所述無人機的站點到所有所述目標物的歐氏距離以及所有目標物之間的歐氏距離，并使用二維矩陣進行存儲，記做歐氏距離矩陣；

根據所述飛行速度計算每架無人機從所述站點到每個目標物的飛行時長以及每架無人機在所有目標物之間的飛行時長，并使用三維矩陣進行存儲，記做飛行時長矩陣；

建立所述異構無人機變收益任務分配問題HU-TAP-VP模型；

采用所述HU-TAP-VP模型，根據所述每個目標物的坐標及其重要程度、任務執行時長，獲取所述異構多無人機執行協同任務的初始任務分配方案集合；

采用引入自適應切換機制的混合遺傳模擬退火算法HGSA對所述初始任務分配方案集合進行優化以獲得每架所述無人機的訪問任意一個或多個所述目標物的最優任務分配方案；

根據所述最優任務分配方案中每架無人機對目標物的訪問順序以及無人機的最小轉彎半徑進行路徑優化，得到每架無人機的安全可飛路徑。

可選地，所述無人機站點到所有所述目標物的歐氏距離通過下式計算得到：