[發明專利]基于多目標量子磷蝦群機制的多無人機任務分配方法

有效

• 申請號: 202110079047.1
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112926825B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 高洪元;馬雨微;王世豪;趙海軍;張志偉;劉廷暉;劉亞鵬;郭瑞晨;張靜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06Q10/0631
• 分類號: G06Q10/0631;G06Q10/067;G06N3/006
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• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于多目標量子磷蝦群機制的多無人機任務分配方法，針對當無人機任務分配過程中有多個目標需要同時被求解時，本發明設計了多目標量子磷蝦群機制來解決多無人機作戰任務的多目標聯合求解問題，通過使用非支配解排序和擁擠度計算的方法對量子磷蝦的位置進行評價，使整個量子磷蝦群向有較高的非支配等級和較大擁擠度的量子磷蝦位置演化，能夠獲得更好的性能，而且得到的Pareto最優解能夠支配使用單目標優化算法求得的單目標解，實現了能夠為同時考慮多個目標的任務分配提供不同的分配方案，決策者可以根據實際工程問題中目標的重要程度來選擇合適的任務分配方案，拓寬了已有任務分配方法的應用范圍，有更廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種智能多目標無人機作戰任務分配方法，尤其涉及一種基于多目標量子磷蝦群機制的多無人機任務分配方法，屬于無人機資源分配領域。

背景技術

無人機是一種由控制站遠程控制或自主飛行的飛行器，與載人飛機相比，無人機更適合執行一些復雜、繁重、危險的任務。無人機由于其造價低、效率較高、沒有人員傷亡的危險，而且使用方便、生存能力強等優點，在未來空戰中具有重要意義，目前，世界各大軍事大國在積極從事無人機的開發。隨著無人機自主化和網絡化通信技術的發展，無人機的作戰模式也在不斷發展。近年來無人機集群作戰得到了廣泛的研究，單個無人機的探測能力是有限的，能夠裝載的武器資源有限，難以完成復雜的作戰任務，而如果多架無人機能相互配合，無人機之間通過進行信息交流，共享戰場信息，進行協同作戰，能夠根據戰場作戰形勢形成對己方作戰有利的陣型，整個無人機集群作戰時可以實現自我判斷，自主選擇是否進攻、在何時以何種方式進攻，更好地發揮戰斗力，指揮無人機執行各類任務，極大地降低了有人戰斗機執行任務時的危險性。

目前，無人機集群作戰技術發展迅速，在未來戰場上無人機集群作戰必將成為主要的作戰形式。但是也有很多關鍵的技術問題需要解決，如無人機任務分配等問題。集群作戰中，無人機需要根據敵方與己方的狀態、武器情況、損失情況等因素，采取相應的策略，任務分配技術就是確定無人機集群中的每一架無人機執行任務的目標和需要執行的任務，在自身損失最小的同時給敵方最大的殺傷，盡可能取得最大的綜合效益。

通過對現有技術文獻的檢索發現，孫小雷等在《系統工程與電子技術》(2015,37(12):2772-2776)上發表的“無人機任務分配與航跡規劃協同控制方法”中利用粒子群優化算法求解了任務分配問題，但是只對單一目標進行了求解；宋敏等在《系統仿真學報》(2010,22(07):1706-1710)上發表的“基于差分進化算法的異構多無人機任務分配”通過多個目標因素加權求和將多目標任務分配問題轉化為一個單目標優化問題,建立任務分配問題的單目標優化模型進行求解，這樣的做法只能求出多目標無人機任務分配問題在某一組權重下的任務分配方案，無法滿足需要同時考慮兩個或兩個以上目標的無人機任務分配的需要，不利于綜合決策的同時也由于權重設置的主觀性使得任務分配方案不夠合理。

已有文獻的檢索結果表明，現有的多無人機任務分配方法大多是對單一目標進行優化，或通過線性加權的方式，給不同的目標施加不同的權重，把多目標優化問題變成求解組合的單目標優化問題，而真正將任務分配問題作為一個多目標優化問題求解很少。采用單目標優化方法進行任務分配時每次有且僅有某一權重系數的唯一解,當決策者需要對多個不同權重系數所求解進行比較時,需要反復修改各個目標因素的權重系數重新計算,操作繁瑣。而采用多目標優化方法進行任務分配時得到的是一組非劣解(或稱非支配解),決策者可以根據對目標因素的權重選取不同的非劣解作為任務分配問題的最優解,無需重復修改權重系數重新計算,能夠充分利用計算結果。雖然已有的單目標量子磷蝦群算法可解決單目標的任務分配問題，但對于復雜的無人機集群多目標任務分配問題，不能獲得Pareto前端解，算法失效。因此提出一種多目標無人機任務分配方法，并通過多目標量子磷蝦群算法進行求解，能夠得到一組Pareto解集，決策者可以根據實際中目標的重要程度來選擇合適的任務分配方案。

發明內容