一种不确定环境下的无人飞行器编队协同搜索和动态任务分配方法

摘要

本发明一种不确定环境下的无人飞行器编队协同搜索和动态任务分配方法，不仅给出了无人飞行器编队协同动态任务分配策略，且设计了具体的导引规律，采用圆弧航路作为无人机执行任务的航路，包括步骤一：确定单架无人机维护的数据结构；步骤二：确定无人机的飞行模式；步骤三：确定无人机执行任务的优势函数；步骤四：确定动态任务分配流程；步骤五：确定飞行器的搜索与执行任务的导引律。本发明相对于基于现代优化算法的任务分配方法，降低了单架无人机的计算负载，适用于实时性较强且环境不确定的条件；相对于基于市场机制拍卖算法的任务分配方法，降低了无人机间进行的通信次数和单架无人机的计算负载，保证了广播无人机执行任务的实时性。

主权项

1.一种不确定环境下的无人飞行器编队协同搜索和动态任务分配方法，其特征在于：采用圆弧航路作为无人机执行任务的航路，包括以下几个步骤：步骤一：确定单架无人机维护的数据结构；在无人机编队中每架无人机的机载计算机中存储：（1）无人机自身序号UID；（2）每个无人机所执行任务序号TID，当无人机处于搜索模式时无人机所执行任务号TID为-1；（3）无人机自身所搭载的任务载荷x为载荷种类；当中所有元素为0，此时无人机进入搜索模式；（4）无人机执行TID号任务时需要的载荷中元素代表任务所需的不同种类的载荷，当所有元素全部为0时，表示任务完成，在搜索模式下为空；步骤二：确定无人机的飞行模式；将无人机的飞行模式分为搜索模式和执行模式，搜索模式又分为广播模式和响应模式，其中，无人机在探测区域内没有发现可执行的任务，在通信半径内也没有其他无人机提供可执行的任务，这时无人机处于搜索模式；在搜索过程中发现任务且自身所携带载荷不足以完成任务时进入广播模式，与通信半径内的其他无人机进行任务信息共享；在搜索模式下，如果遇到通信半径内的其他无人机的广播，则进入响应模式。无人机在自身探测范围内发现可独立完成的任务，或在接收到其他无人机的广播进行响应处理后进入执行模式，此时无人机将TID从-1调整为执行任务的TID；步骤三：确定无人机执行任务的优势函数；令UID为i的无人机所携带载荷为TID为j的任务需要载荷为UID为i的无人机相对于TID为j的任务时优势向量A_ij＝[a_ij1，a_ij2,......,a_ijk,......,a_ijx]的计算公式如下：k＝1，2,3...x（1）对于UID为i的无人机执行TID为j的任务时优势函数计算公式如下：$a_{\mathrm{ij}}={\Sigma }_{k=1}^x{a}_{\mathrm{ijk}}---\left(2\right)$步骤四：确定动态任务分配流程；若UID为i的无人机探测到若干任务点，则通过步骤三方法获得UID为i的无人机执行各任务点时的优势函数，选择优势函数最大的TID为j的任务点；如果优势函数最大的TID为j的任务点优势函数a_ij＝0，则TID＝-1，无人机继续进行搜索或等待其他无人机广播；如果优势函数最大的TID为j的任务点优势函数a_ij≠0，此时，需判断该无人机是否有能力独立完成任务，若优势函数a_ij=2x时，则无人机进入执行模式独自执行任务点的任务；若优势函数a_ij＜2x时，无人机进入广播模式，通过其他无人机作为补充共同完成任务j；步骤五：确定飞行器的搜索与执行任务的导引律；令任意时刻无人机的位置为(x_u,y_u)，无人机在A点时确定了执行的任务点j，进入执行模式，此时A点坐标(x_A,y_A)，任务点j的坐标(x_O,y_O)，无人机沿着直径为OA的圆弧进入任务点O，此时无人机执行任务的航路半径无人机在位置(x_u,y_u)处的期望航迹偏角指令：将半径限制的反馈加入航迹偏角的指令中：其中，z是待调整的反馈系数。