[發(fā)明專利]基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110204397.6
• 申請(qǐng)日: 2021-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN112801540A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維平;段婷;李小波;王濤;朱一凡;黃美根;周鑫;井田;楊松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/06
• 分類號(hào): G06Q10/06;G06N3/12
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發(fā)明公開了基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過對(duì)USoSAM無人作戰(zhàn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜多變的群戰(zhàn)環(huán)境和巨大的狀態(tài)不穩(wěn)定性快速做出規(guī)劃。避免在無人作戰(zhàn)模式中整體規(guī)劃不足的缺陷，通過對(duì)NSGA?3算法的優(yōu)化，提出了一種T?NSGA?3算法。此算法可有效提高局部搜索能力和全局搜索能力，在保持多樣性和均勻性的同時(shí)能夠獲得更好的效果，為最后的運(yùn)算結(jié)果添加了成功幾率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集群構(gòu)架技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

隨著全球信息化的發(fā)展，無人系統(tǒng)技術(shù)也在飛速發(fā)展，而無人系統(tǒng)技術(shù)作為改變未來戰(zhàn)爭(zhēng)規(guī)則的顛覆性技術(shù)，在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，成為國(guó)家間軍事博弈的重要力量，該無人機(jī)作戰(zhàn)系統(tǒng)的目的是利用模擬群體生物的協(xié)同行為和信息共享，形成自主智能來完成作戰(zhàn)任務(wù)，體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)能力的載體，它通過集成不同組成系統(tǒng)的所有能力來實(shí)現(xiàn)總體任務(wù)目標(biāo)，它是實(shí)現(xiàn)無人作戰(zhàn)系統(tǒng)組織、協(xié)調(diào)、規(guī)劃、控制、執(zhí)行和學(xué)習(xí)功能的基礎(chǔ)，操作架構(gòu)被認(rèn)為是DoDAF、MoDaF、NAF采用的框架，由高級(jí)工程師來設(shè)計(jì)優(yōu)化；

現(xiàn)有的基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)往往都有自己的計(jì)算方法，而這種計(jì)算方法再引用到復(fù)雜多變的群戰(zhàn)環(huán)境和巨大的狀態(tài)不確定性，導(dǎo)致無人作戰(zhàn)模式的整體規(guī)劃不足，同時(shí)局部搜索和全局搜索的能力差，因此我們提出一種基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的算法效率低和搜索能力差等缺陷，提供基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)。所述基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)具有算法效率高和搜索能力好等特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于無人集群的智能協(xié)同架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括以下步驟：

步驟1：USoSAM建模；

步驟2：探索問題框架，無人機(jī)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)首先要對(duì)能力有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，這是構(gòu)建體系模型的基礎(chǔ)，能力是指完成一個(gè)目標(biāo)或任務(wù)所體現(xiàn)的綜合素質(zhì)，蘭德將能力定義為在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和條件下通過一組手段或一組行為來完成一組特定任務(wù)并獲得預(yù)期結(jié)果的能力，超網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)建模強(qiáng)調(diào)了節(jié)點(diǎn)間的交互作用，同時(shí)考慮了武器裝備性能和數(shù)量對(duì)系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的影響，因此，我們結(jié)合超網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的觀點(diǎn)來進(jìn)行我們的研究，此外，網(wǎng)絡(luò)力模型給出了描述網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)關(guān)鍵特征的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，即節(jié)點(diǎn)的函數(shù)類型和鏈路的傳輸類型，為了分析、設(shè)計(jì)和構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為中心的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，提出了基于超網(wǎng)絡(luò)的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，在作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和子網(wǎng)絡(luò)具有不同的功能，在當(dāng)前的指揮控制超網(wǎng)絡(luò)模型中，采用基于超圖理論的C2超網(wǎng)絡(luò)建模方法對(duì)C2網(wǎng)絡(luò)中的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行量化和描述，能力是在任務(wù)和系統(tǒng)之間形成直接映射關(guān)系的橋梁，從能力生成的角度來看，作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力通常是指根據(jù)任務(wù)分配選擇不同能力，并規(guī)定系統(tǒng)間C2結(jié)構(gòu)的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，我們通過定義下面的元素來構(gòu)建架構(gòu)模型；

步驟3：USoSAM目標(biāo)函數(shù)，Konur等人指出性能、已完成的時(shí)間和成本是架構(gòu)的目標(biāo)，性能和成本是用于描述架構(gòu)的兩個(gè)重要屬性，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的完成時(shí)間消耗是另一個(gè)重要指標(biāo)，我們定義USoSAM需要構(gòu)建一個(gè)穩(wěn)定的、具有最高總體性能、最小化完成時(shí)間并消耗最低總成本的體系結(jié)構(gòu)；

步驟4：搜索架構(gòu)算法，首先隨機(jī)生成N個(gè)種群個(gè)體，形成初始種群p，同時(shí)生成H個(gè)參考點(diǎn)，形成參考點(diǎn)集合R，這些種群中的個(gè)體與參考點(diǎn)共同進(jìn)化，經(jīng)過固定次數(shù)的迭代，得到一組靠近帕累托前沿的非顯性解，每一代利用遺傳算子對(duì)親本群體Pt進(jìn)行雜交突變，生成新一代群體Ct，通過使用遺傳算子選擇親本種群，我們改進(jìn)了這一過程，優(yōu)勝者從親本種群中選出，劣等個(gè)體被淘汰，選擇操作者直接將優(yōu)化的個(gè)體(或溶液)感染給下一代，或通過配對(duì)和再遺傳給后代產(chǎn)生新的個(gè)體，選擇操作基于群體中個(gè)體的適應(yīng)度評(píng)估，我們使用輪盤賭選擇方法，在這種方法中，個(gè)體的選擇概率與其適應(yīng)度值成正比，在標(biāo)準(zhǔn)化平面上，將每個(gè)一維目標(biāo)均勻分成p個(gè)部分，則均勻生成參考點(diǎn)C(m+p-1，p)C(m+p-1，p)；

步驟5：仿真實(shí)驗(yàn)；

步驟6：實(shí)驗(yàn)設(shè)置；