[发明专利]一种资源限制条件下多类型无人机协同任务分配方法

说明书

技术领域

一种资源限制条件下基于交叉熵方法的多类型无人机协同任务分配方法，应用于在任务额无人机资源存在限制的情况下，多无人机协同完成处于不同位置、不同价值、不同威胁程度的目标任务等领域，具体涉及基于资源限制的任务分配的环境建模以及通过使用交叉熵方法达到无人机机群整体作战效能最大、代价最小的目的的技术。

背景技术

无人机隐秘性高、误差小、执行力强，在执行过程中效率高、成本低，可用来替代战士完成一些对生命威胁较大的任务，同时在战场侦察和监视、定位校射、毁伤评估等军事用途，诸如边境巡逻、环境探测、航拍摄影、勘探资源、灾情监视、治安监控、物流运输等民事用途都有广泛的应用，成为近年来热点研究问题。多无人机协同控制技术主要包括多无人机协同路径规划和多无人机协同任务分配两方面。多无人机协同任务分配即是在特定条件的约束下，以尽可能小的代价将各项作战任务分配给多无人机系统中的各无人机去完成，并获得尽可能高的回报。在复杂的战场环境下，单个无人机往往无法完成一些复杂的任务或者付出的代价太大。为了实现多无人机协同完成复杂任务，多无人机协同任务分配和任务协调是研究多无人机系统中的关键技术。

任务分配问题属于非确定性多项式时间(NP，Nondeterministic Polynomial)问题，其求解方法有穷举方法，模拟退火法，禁忌搜索和遗传算法等。计算代价大是NP问题的难点，对于多数的问题实时性难以保证。

考虑到无人机无法携带无限多的战斗设备资源(如军需品、战斗中所必须的导弹、燃料等)的实际情况，通过预先对无人机所携带的资源进行数量的限制来表示。同时，由于科学技术的限制，无人机的种类有限，根据需要对无人机的种类进行限制，各类无人机战斗力不同，侦查能力不同，各类无人机所能携带资源的能力不同。由于单无人机性能单一，负载量有限，存在单架无人机不能准确完成任务的情况，而综合多无人机的机群存在多种能够完成固定任务的方案，如何确定有效的分配方案，有效的利用整个飞行器机组的团队容量和能力，高效的任务分配方法的研究是整个协同控制的主要内容。

发明内容

本发明针对资源限制条件下多无人机任务分配问题提供了一种基于交叉熵方法的多类型无人机协同任务分配方法，解决现有多无人机分配任务过程中资源限制的难点，如完成某项任务需要不同种类的资源，且每种资源数量的需求不同。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种资源限制条件下基于交叉熵方法的多类型无人机协同任务分配方法，其包括如下步骤：

(1)对无人机飞行环境进行分析，设置无人机、任务相关参数；

(2)按要求计算可行方案的数目，初始化交叉熵概率分配矩阵；

(3)随机生成一定数量的样本，对其进行去除无效样本、计算样本对应目标函数值、将样本按目标函数值降序排列、取一定比例排序后的样本更新概率矩阵，如此重复，直至满足结束条件，并根据结果为任务分配相应的无人机。

作为优选，所述步骤(1)中，无人机、任务相关参数设置过程如下：

(11)根据环境需求，设置相关参数，主要包括：任务个数T_n，任务危险等级W_i和完成任务获益B_i，i＝1,2,…,T_n，任务所需资源种类S_k及任务对每种资源的需求TS_i＝(S₁,S₂,…,S_k)；

(12)设置无人机相关参数，主要包括：无人机种类U_t及其数量N_j，j＝1,2,…,U_t，即和其携带相应资源的数量UAV_j＝(S₁,S₂,…,S_k)，每种类型无人机执行各任务成功概率p_ji；

(13)确立平面内的坐标体系，确定各任务和各类型无人机的地理位置T_i:(x_i,y_i)，UAV_j:(x_j,y_j)，参数设置完成。

作为优选，所述步骤(2)中，计算可行方案数目，初始化交叉熵概率分配矩阵具体步骤如下：

(21)至多n架无人机协同去完成某项任务，在无人机种类为U_t情况下，计算可行方案数目N_sol；