[發(fā)明專利]一種多目標量子北極熊機制的異構無人機大規(guī)模任務分配方法

在審

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• 申請日: 2022-10-07
• 公開（公告）號: CN115657710A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設計）人: 高洪元;趙海軍;張曉林;任立群;劉凱龍;張震宇;白浩川;劉廷暉;杜子怡
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06Q10/04;G06Q10/0631;G06N3/006;G06N10/60
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本發(fā)明提供一種多目標量子北極熊機制的異構無人機大規(guī)模任務分配方法，以任務執(zhí)行效率作為目標函數，使用量子北極熊方法優(yōu)化目標函數，克服了以往優(yōu)化方法易陷入局部收斂的問題。同時，設計了量子北極熊編碼機制，實現了量子北極熊的位置與任務分配方案之間的映射。本發(fā)明針對無人機對大規(guī)模地面目標的難題，設計了量子北極熊機制對多架無人機進行任務分配，以任務執(zhí)行效率作為目標函數，并考慮了多個約束條件，使任務分配問題更貼切實際。

技術領域

本發(fā)明涉及一種多目標量子北極熊機制的異構無人機大規(guī)模作業(yè)任務分配方法，屬于無人機作業(yè)領域。

背景技術

無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)是一種有動力、可控制、能夠執(zhí)行多種類型任務的無人駕駛飛行器。其具有造價低廉、機動靈活、部署便捷、續(xù)航力長等優(yōu)點，現已在廣泛應用于農業(yè)領域、搜救領域、環(huán)境監(jiān)測等領域。

多無人機協同任務分配是指在多個特定約束條件下，以實現目標函數最優(yōu)為目的，對多架無人機分配任務，從而確定最優(yōu)任務分配方案。無人機集群任務分配有多種任務分配方式。按照無人機執(zhí)行任務分配的控制方式，又可以分為集中式控制、分布式控制和分層分布式控制。本發(fā)明采用集中式控制方法執(zhí)行多無人機的任務分配。

根據已有文獻發(fā)現，王峰等在《計算機學報》(2021,44(10):1967-1983)上發(fā)表的“基于協同進化的混合變量多目標粒子群優(yōu)化算法求解無人機協同多任務分配問題”中，針對無人機協同多任務分配問題，提出一種基于協同進化的混合變量多目標粒子群優(yōu)化方法，以總航程最少和任務完成時間最短為優(yōu)化目標，構建了混合變量多約束的無人機協同多任務分配問題模型。通過實驗仿真證明，該方法在收斂性能上優(yōu)于其他方法。然而，該方法中無人機打擊的軍事目標數量過少，不足以證明該方法的優(yōu)越性，而且提出的多目標粒子群優(yōu)化方法存在易陷入局部收斂的弊端。

綜上所述，上述文獻在多無人機的任務上做出一定的貢獻，但是無人機打擊目標的數量過少。因此本發(fā)明設計了一種多目標量子北極熊機制的異構無人機大規(guī)模任務分配方法，以任務執(zhí)行效率作為目標函數，使用量子北極熊方法優(yōu)化目標函數，克服了以往優(yōu)化方法易陷入局部收斂的問題。同時，設計了量子北極熊編碼機制，實現了量子北極熊的位置與任務分配方案之間的映射。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對無人機對大規(guī)模地面目標的難題，設計了量子北極熊機制對多架無人機進行任務分配，以任務執(zhí)行效率作為目標函數，并考慮了多個約束條件，使任務分配問題更貼切實際。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：步驟一，建立異構無人機對大規(guī)模地面目標模型。

假設有N架無人機要攻擊地面目標，無人機的集合定義為U＝{U₁,U₂,…,U_N}，其中，無人機U_n的屬性集合為U_n＝{v_n,w_n,l_n}，n＝1,2,…,N，v_n表示無人機U_n的速度，w_n表示無人機U_n攜帶的彈藥量，l_n表示無人機U_n所在的基地位置。設這些無人機要攻擊M個地面目標，地面目標的集合定義為T＝{T₁,T₂,…,T_M},其中，地面目標T_m的屬性集合為 m＝1,2,…,M，s_m表示地面目標T_m的任務價值，表示地面目標T_m的位置，為攻擊地面目標T_m需要的時間。