[發(fā)明專利]量子海獅機制的無人機群任務分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110783634.9
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113608546B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 高洪元;趙海軍;劉亞鵬;白浩川;張禹澤;張震宇;王欽弘;劉凱龍;趙立帥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.量子海獅機制的無人機群任務分配方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一，建立無人機任務分配模型；

步驟二，初始化量子海獅的量子位置并設定參數(shù)；

步驟三，計算所有魚群中心位置的適應值；

步驟四，更新所有量子海獅的量子旋轉角；

步驟五，使用量子旋轉門更新量子海獅的量子位置；

利用量子旋轉門更新量子海獅個體的第h維量子位置：h＝1,2,…,S，i＝2,3,…,k₁；表示第k次迭代第i個量子海獅量子位置的第h維變量；

步驟六，利用量子海獅的量子位置更新所有魚群中心位置；

第k+1次迭代第i個魚群中心位置的第h維變量為：h＝1,2,…,S，i＝1,2,…,k₁；表示[0,1]間的隨機數(shù)；計算新一代魚群中心位置的適應度，更新最佳魚群中心位置第k+1代最佳魚群中心位置以及所有局部最優(yōu)位置；

步驟七，判斷是否達到量子海獅的最大迭代次數(shù)k₂，是則終止迭代，返回最佳魚群中心位置；否則繼續(xù)執(zhí)行步驟四；

步驟八，判斷任務分配模型是否達到最大迭代次數(shù)，即戰(zhàn)場評估任務是否執(zhí)行完畢；若不滿足，則返回步驟二；若滿足，再判斷戰(zhàn)場評估任務的分配矩陣是否達到要求，是則結束并返回所有任務分配矩陣，否則返回步驟二，重新執(zhí)行攻擊任務和戰(zhàn)場評估任務。

2.根據(jù)權利要求1所述的量子海獅機制的無人機群任務分配方法，其特征在于：步驟一中的無人機共有三種：偵察機、轟炸機和戰(zhàn)斗機；偵察機可執(zhí)行偵察和戰(zhàn)場評估任務；轟炸機可執(zhí)行攻擊任務；戰(zhàn)斗機可執(zhí)行偵察、攻擊和戰(zhàn)場評估任務；

(1)建立無人機群執(zhí)行偵察任務模型：

偵察任務是指無人機群利用雷達等探測系統(tǒng)探測敵方目標位置，執(zhí)行偵察任務的有偵察機和戰(zhàn)斗機；無人機群執(zhí)行偵察任務的適應度函數(shù)為F₁＝u₁-b₁，其中，u₁表示無人機群執(zhí)行偵察任務時獲得的總效能，b₁表示無人機群執(zhí)行偵察任務時不滿足約束條件時的懲罰項；總效能為u₁＝V₁-C₁，無人機群執(zhí)行偵察任務所獲得的總收益為V₁，C₁表示無人機執(zhí)行偵察任務付出的總代價；其中，代表第m個無人機偵察第n個敵方目標時獲得的價值收益，代表第第m個無人機偵察第n個敵方目標時的偵察識別概率；偵察任務分配矩陣為其中

無人機執(zhí)行偵察任務時所付出的總代價為C₁,其中，表示無人機的最大偵察距離，表示第m架無人機與第n個敵方目標之間的距離，第m架無人機的空間位置為第j個敵方目標的空間位置為(x_j,y_j,z_j)；

偵察任務的懲罰項為：其中，β為影響因子，

(2)建立無人機集群執(zhí)行攻擊任務模型；

攻擊任務是指無人機群對敵方無人機群發(fā)動攻擊的任務，執(zhí)行攻擊任務的無人機種類有轟炸機和戰(zhàn)斗機；無人機群執(zhí)行攻擊任務的適應度函數(shù)為F₂＝u₂-b₂，其中，u₂表示無人機群執(zhí)行攻擊任務時獲得的總效能，b₂表示無人機群執(zhí)行攻擊任務時不滿足約束條件時的懲罰項；無人機群執(zhí)行攻擊任務的總效能為u₂＝V₂-C₂，其中，C₂表示無人機執(zhí)行攻擊任務付出的總代價，無人機群執(zhí)行攻擊任務所獲得的總收益為V₂，其中,表示第m架飛機攻擊第n個目標時獲得的價值，表示第m架飛機攻擊第n個目標的攻擊概率，表示第m架飛機攻擊第n個目標的自身生存概率；攻擊任務分配矩陣為其中

無人機群執(zhí)行攻擊任務付出的總代價為其中，表示無人機群攻擊目標時的總風險代價，ω₁為影響因子，決定了總風險代價的影響程度，表示第表示第m架飛機攻擊第n個目標的生存概率；表示無人機群攻擊目標時付出的總航程代價，ω₂為影響因子，總航程代價步驟：使用遍歷法得出第m架無人機(m＝1,2,…,M)按照順序依次執(zhí)行n₁,n₂,…,n_η任務航程最短，則第m架無人機的航程為其中，表示第m架飛機與第n₁個目標的空間距離，表示第n_η-1個目標與第n_η個目標的空間距離，第n_η-1個目標的空間位置為第n_η個目標的空間位置為則可以得到總航程代價為

攻擊任務的懲罰項為b₂＝b₂₁+b₂₂+b₂₃；為任務約束懲罰項，β₁為影響因子，決定了任務約束懲罰項的影響程度，表示無人機群航程約束懲罰項，β₂為影響因子，決定了航程約束懲罰項的影響程度，表示無人機群資源約束懲罰項，β₃為影響因子，o_max表示每架無人機攜帶最多武器資源限度，

(3)建立無人機集群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務模型；

戰(zhàn)場評估任務是指無人機群在執(zhí)行一輪攻擊后，對戰(zhàn)場進行評估，以決定形勢是否對己方有利的任務；無人機群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務的適應度函數(shù)為F₃＝u₃-b₃，其中，u₃表示無人機群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務時獲得的總效能，b₃表示無人機群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務時不滿足約束條件時的懲罰項；

無人機群執(zhí)行攻擊任務的總效能為u₃＝V₃-C₃，其中，C₃表示無人機執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務付出的總代價，無人機群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務所獲得的總收益為表示第m架無人機評估第n個目標時獲得的價值，表示第m架無人機評估第n個目標時正確評估概率；戰(zhàn)場評估任務分配矩陣為其中

無人機群執(zhí)行戰(zhàn)場評估任務付出的總代價為其中，表示損毀風險代價，ω₃為影響因子，表示戰(zhàn)場評估時由于距離而付出的代價，表示無人機最大評估距離，ω₄表示影響因子，決定戰(zhàn)場評估時由于距離而付出代價的影響程度；戰(zhàn)場評估任務的懲罰項為其中，β₄表示影響因子，決定了該懲罰項的影響程度，

無人機群依次執(zhí)行偵察任務、攻擊任務和戰(zhàn)場評估任務，即依次將t＝1、t＝2、t＝3帶入到步驟二中；達到要求，即任務完成，返回全部任務分配矩陣；未達到要求，則重新進行攻擊任務和戰(zhàn)場評估任務，這符合戰(zhàn)場環(huán)境中變化無常的特點；判斷方式為：目標是否全部被執(zhí)行，即是否大于0；其中，n＝1,2,…,N。