[发明专利]一种时间窗约束下的异构多AUV系统任务协调方法

权利要求书

1.一种时间窗约束下的异构多AUV系统任务协调方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一 任务分配系统的初始化；包括水面控制台初始化、时钟初始化、AUV参数初始化、任务信息初始化；完成对AUV、海域、任务类型编码，得到基本的Auv_Mission参数矩阵；

步骤二 将蚂蚁编号取值为1；

步骤三 根据禁忌表，时间窗，距离矩阵，速度矩阵，计算三维的状态转移矩阵，并使用轮盘赌旋转下一条路径；

步骤四 更新禁忌表，更新起点向量和终点矩阵，直到终点向量为空；

步骤五 判断禁忌表是否包含所有子任务，如果是则清空禁忌表，否则返回步骤三；

步骤六 重复步骤三到步骤五，使本代所有蚂蚁全部实现任务的遍历，并记录所有走过的路径及每个任务前的等待时间；

步骤七 更新每条路径上的信息素；

步骤八 判定迭代次数是否完成，如果是，则输出较优解，得出最终每个AUV的任务分配结果及执行顺序；如果否，则将迭代次数iter加1，并返回步骤三；

步骤九 水面工作台使用一定的通讯手段，将第二步的任务指令分别下发给各AUV；

所述步骤一的Auv_Mission参数矩阵包含了每个AUV能够完成的任务编码集合；包括：根据任务海域数据Goal2Sensor将任务总量划分为一个一个的子任务，每个子任务拥有独立的坐标信息，子任务的坐标信息与该海域坐标相同；根据任务海域数据中面积S，单位面积需要扫描时间T和Goal2Sensor计算出每个子任务需要花费的Mission_Time；根据子任务海域的坐标和各AUV的初始坐标计算所有的路径长度D，其中如果出现零距离的情况，将其处理为无穷小，以免计算出错；根据Goal2Sensor和Auv2Sensor统计每个AUV所能够完成的子任务；S为面积，T为单位面积需要扫描时间，

所述步骤一中的水面控制台初始化包括蚁群参数的初始化；

所述步骤一中AUV参数初始化包括AUV初始坐标，速度和装备信息的初始化；

所述步骤一的时钟初始化是保证水面控制台和所有AUV拥有共同的零时刻，以保证时间刻度准确；

所述步骤一中的任务信息初始化包括任务海域坐标，面积和任务种类信息的初始化；

所述步骤三的禁忌表为起点向量和终点矩阵；

所述步骤三的状态转移矩阵为：

公式中k为蚂蚁编号，i、j分别表示路径的起点和终点编号，allowed_k表示满足约束条件的终点集合，α为启发因子重要度因数，β为信息素重要度因数，τ为信息素矩阵，启发函数矩阵η为蚂蚁要在该路径上的航行的时间的倒数，但考虑时间窗因数后，应该为如下公式：

m表示AUV的编码，D为距离矩阵，V为AUV的速度信息矩阵，wait_Time(j,m)表示AUVm在该海域需要的等待时间；

所述步骤七信息素更新公式为：

τ_ij(t+1)＝Δτ_ij(t,t+1)+ρ·τ_ij(t)

τ为信息素矩阵，Δτ为信息素的更新矩阵，k为蚂蚁编号，Num_ant为蚂蚁数量，ρ为信息素挥发系数，其取值为0～1的数，取值越大说明所挥发的信息素越多，Q为常系数，d_ij为每个AUV执行任务的总时间；

所述蚁群参数初始化包含：最大迭代次数iter_max，蚂蚁数量Num_ant，信息素矩阵τ。