[發明專利]一種虛實融合的無人集群協同驗證系統

有效

• 申請號: 202111012132.2
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113722912B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 柴興華;陳彥橋;耿虎軍;關俊志;牛韶源;高峰;張小龍;雷耀麟;劉廈
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶;曲佳穎

本發明屬于無人集群協同演示驗證技術領域，為有效解決面向復雜任務的無人集群協同算法半實物演示驗證問題，本發明提供了一種虛實融合的無人集群協同驗證系統，該驗證系統同時包含計算機端的半集中?半分布式的數字仿真節點以及基于嵌入式板載系統的分布式半實物節點兩種模態，且不同模態的無人集群節點間能實現數據交互、任務協同。整體系統架構中將核心算法邏輯分解為集中式算子和分布式算子兩部分，進一步對二者的任務邏輯、部署方式進行劃分。該系統既能為無人集群協同算法提供驗證平臺，又能為任務要素及場景設計提供同半實物驗證途徑。

技術領域

本發明一種虛實融合的無人集群協同驗證系統屬于無人集群協同演示驗證技術領域，特別涉及了一種融合虛擬無人集群仿真環境及嵌入式半實物仿真節點的無人集群協同驗證系統。

背景技術

群體智能具有分布性、簡單性、靈活性和健壯性等優勢，為很多極具挑戰的復雜性問題提供了嶄新的解決方案，是我國《新一代人工智能發展規劃》確立重點發展的五大智能形態之一。而隨著微納電子、計算平臺、自主控制等新興技術的迅猛發展，由無人機組成的集群系統在關乎國計民生以及國家和國防安全的重大場景中獲得了越來越多的應用。無人機集群系統能以網絡化、分布化、協同化方式快速形成區域覆蓋，實現集群資源優化調度，提高任務完成率和響應速度。盡管群體智能系統在無人作業、軍事應用、應急救援等任務中具有重大應用前景，但當前對于無人自主集群系統群智激發和匯聚機理、群智協同決策與控制技術的研究尚處于起步階段，特別是在面向實際應用場景時，當前存在群智協同機理不明、群體行為知識缺乏、群智系統驗證困難等諸多問題和挑戰，難以直接在實際應用中發揮作用。

面向各類場景的無人集群算法、功能、協同效果驗證問題，已成為阻礙無人集群技術從理論研究向工程應用過度的主要瓶頸之一。首先，無人集群算法方面發展迅速，但大多在理論及仿真層面，距離實際應用存在較大差距；其次，無人集群協同算法往往復雜度較高，難以直接在實物系統中驗證，存在系統穩定性、無人平臺控制、導航定位、有限的計算資源等眾多與算法本身無關的條件做支撐；最后，從算法層面到工程應用通常經由算法設計、算法仿真、半實物仿真、實物系統設計、實物系統試驗等一系列流程，仿真及半實物仿真必不可少。當前針對無人集群驗證的數字環境多為純仿真環境，而作為重要過渡的有效半實物仿真環境鮮有涉及。因此，如何構建既能為無人集群協同算法提供驗證平臺、又能為實際應用提供要素及場景設計的無人集群協同半實物驗證系統，對無人集群在眾多特殊場景下的應用效果驗證具有重要理論及現實意義。

發明內容

為有效解決面向復雜任務的無人集群協同算法半實物演示驗證問題，本發明提供了一種虛實融合的無人集群協同驗證系統，該驗證系統同時包含計算機端的半集中-半分布式的數字仿真節點以及基于嵌入式板載系統的分布式半實物節點兩種模態，且不同模態的無人集群節點間能實現數據交互、任務協同，其核心是支持節點可擴展的系統架構、分布式數據交互機制以及模塊化的主體功能實現。

本發明采用的技術方案為：

一種虛實融合的無人集群協同驗證系統，包括可視化人機交互模塊、典型任務模塊、計算機端算法模塊、多個同構嵌入式端算法模塊和模型知識庫；

可視化人機交互模塊，用于為典型任務模塊提供任務區域、任務類型、環境參數、無人機數量及位置、目標數量及位置和目標運動狀態的初始設置及管理，同時接收計算機端算法模塊及嵌入式端算法模塊發送的無人機編號、無人機實時任務狀態及位置參數，對任務執行結果進行分析評估，并對所有參數進行實時監控顯示；

典型任務模塊，用于將接收的任務區域、任務類型、環境參數、無人機數量及位置、目標數量及位置和目標運動狀態信息按規定數據協議進行編碼，并發送至計算機端算法模塊及嵌入式端算法模塊；

計算機端算法模塊，用于通過數據接口及服務接口將所需模型參數發送至模型知識庫模塊，并通過各類定義的模型接口從模型知識庫調用所需模型；還用于計算生成無人機編號、位置數據及任務狀態發送至可視化人機交互模塊進行顯示，并同時發送至嵌入式端算法模塊；