基于模体的无人机集群任务规划方法

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无人机的出现引起了作战方式的巨大变革。与传统的有人机相比,无人机拥有零伤亡、连续作战时间长和全周期成本低的优点。因此无人机在战争中扮演着越来越重要的角色。作战方式开始由传统的有人作战向无人战争转变。面临高度对抗性、高度不确定性和高度动态性的战场环境,无人机的作战运用模式已经逐步从单平台作战向集群组网协同作战方向发展。无人机集群的任务规划成为研究的热点和难点问题。目前国内外学者都对无人机集群的任务规划问题从不同角度进行了研究,并取得了丰硕的成果。然而,这些任务规划方法没有考虑到无人机之间的实际通信限制。由于受到无人机通信技术,例如带宽、频率等技术的制约以及复杂作战环境的影响,无人机集群中的通信受到极大的限制。因此,无人机集群需要随着任务的变化进行动态配系。如何在有限通信下进行无人机集群的任务规划成为目前研究的热点,也是需要解决的难点问题。针对这种情况,本文引入了模体作为无人机集群配系的基本单元。模体是一种仅需要很少连接的一种基础结构单元。在基于模体的配系基础上,提出了一种基于模体的考虑动态重构的无人机集群任务规划方法。引入一个具有三层结构的任务规划方案自动生成模型。首先,通过目标分解法将使命分解为一系列具有逻辑关系的任务。然后,这些子任务通过能力需求与信息需求映射到完成这些任务所需要的模体的种类和数量。将任务的优先执行顺序和完成每个任务所需的模体的种类和数量作为输入,通过多维动态列表调度法自动生成任务规划方案。每种任务优先执行顺序都对应一种任务规划方案。任务排列顺序的组合爆炸造成了计算量的指数增加,从海量可行的任务规划方案中,寻找符合要求的规划方案是一个带有巨大计算量的问题。主要使用三个指标评价任务规划方案的优劣:使命完成时间,通信连接改变量和每次无人机的使用数量。任务规划方案的挑选问题实际上是一个多目标优化问题。优化变量是任务的优先执行顺序,优化目标是评价方案的三个指标。这个多目标优化问题可行解数量庞大,求解过程复杂,消耗时间多。为了提高计算效率,减少计算时间,本文对现有的主流多目标优化算法NSGA-III进行了定制和改进,优化规划方案。最后结合了一个无人机集群联合作战夺取机场和港口的案例,对基于模体的任务规划方法的可行性和有效性进行了初步验证。
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