[发明专利]基于工作流的多无人飞行器协同方法及系统

说明书

技术领域：

本发明属于多无人飞行器协同作战领域，具体涉及协同作战的协同方法和协同系统。

背景技术：

在复杂多变的信息化战场环境下，单个无人飞行器执行侦察或攻击等任务时面临侦察角度和范围、杀伤半径和摧毁能力等诸方面的限制，制约了作战效能的发挥。多无人飞行器协同作战是根据作战目的，组织多无人飞行器协同实施作战行动，对敌目标进行协同搜索、跟踪、攻击和防御，其中，多无人飞行器间的有效协同是提升整体作战效能的关键，而协同方法和系统是协同的基础。因此，协同方法和系统是研究多无人飞行器协同作战的最重要的内容。

目前，多无人飞行器协同作战过程中所采用的协同方法主要有：基于地面控制站的协同方法、基于中心节点的协同方法、基于多无人飞行器间协商的协同方法。

基于地面控制站的协同方法，由地面控制站进行协同决策和控制，其过程是无人飞行器将感知到的战场态势实时传回地面控制站，地面控制站根据战场态势，决策各无人飞行器的行动，并控制和指挥各无人飞行器的动作，因此，这种由地面控制站决策和控制的协同行为，并不是无人飞行器间直接的协同。当无人飞行器需要远离地面控制站协同作战时，这种基于地面控制站的协同方法不再适用；另外，这种方法需要无人飞行器传递战场态势信息给地面控制站，由地面控制站决策后，才将决策和控制信息传回给各无人飞行器，这往往会导致无人飞行器的决策和行动延迟，难以跟上战场态势的迅速发展，从而限制了整体作战效能的提升。

基于中心节点的协同方法，选择参与协同的无人飞行器中的一个无人飞行器作为中心节点，所有无人飞行器感知到的战场态势都传递给中心节点，由中心节点统一作决策，并指挥与控制所有其他无人飞行器的行为。这种方法不需要地面控制站，但在战场环境下，可能会频繁发生中心节点失效或被击落的情况，导致增加大量重新选择中心节点的时间，从而严重延迟了决策时机以及无人飞行器的反应时间，难以实现有效的协同。

基于多无人飞行器间协商的协同方法，每个无人飞行器都有一定的决策能力，每个无人飞行器根据所感知到的局部战场态势，进行决策，然后，多无人飞行器间就决策结果进行协商，协商一致后才实施行动，完成协同作战。在这种方法中，由于各无人飞行器所感知到的局部战场态势存在差异，不同决策者作出的决策结果可能不一致甚至冲突，这时还需要多无人飞行器间进行决策结果的协商，以消除矛盾和冲突。这种协同方法主要存在协商时间过长，有时甚至难以达成一致目标的问题，影响到决策和协同的及时性。

目前，多无人飞行器协同作战过程中的协同主要是通过机载通信设备，向地面控制站传输战场态势信息，并获取来自地面控制站的指挥和控制信息，以此完成作战的协同，因此，这种机载通信设备不具有任何的协同功能，不是真正意义上的协同系统。当前，对无人飞行器机载协同系统的研究还是空白。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有协同方法的不足，提供一种基于工作流的多无人飞行器协同方法及相应的机载协同系统。

工作流，就是为实现某一特定目标而必须完成的一些任务的序列及执行过程，它包括一组活动及其相互间的顺序关系，包括活动的启动和终止条件，以及对每个活动的描述。

工作流管理就是将现实世界中的业务过程转化为某种形式，并在此形式表示的驱动下完成工作流的执行和管理。

本发明基于工作流的多无人飞行器协同方法，其特征在于其包括以下步骤：

所有参与协同的无人飞行器在起飞或发射前，即开始协同之前，设置相同的工作流、决策方法和战场态势；

无人飞行器协同作战工作流所包括的活动分为两类：一类是协同决策，另一类是单机任务规划；

战场态势包括如下信息：本无人飞行器的编号、飞行状态、作战能力状态、当前活动状态、以及相应状态产生的时刻，所有其它参与协同的无人飞行器的编号、飞行状态、作战能力状态、当前活动状态、以及相应状态产生的时刻，所有敌方目标的状态、以及检测到该状态的时刻和无人飞行器编号；

协同开始后，工作流管理设备执行活动的迁移，并确定当前活动的类型；

响应于当前活动是协同决策类型，则首先同步战场态势，直到所有参与协同的无人飞行器存储的战场态势一致后，才能进入决策，决策过程可以描述为：

Y＝F(X)

其中，F为决策方法，X为战场态势，Y为决策结果。由于所有参与协同的无人飞行器初始设置的决策方法F相同，在决策前同步战场态势，使得所有参与协同的无人飞行器存储的战场态势X是一致的，因此，对于所有参与协同的无人飞行器而言，决策产生的决策结果Y是相同的；决策完毕，继续活动迁移；