多UCAV在线协同任务分配技术研究

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在动态变化的战场环境中,在线协同任务分配技术是多无人作战飞机实现快速反应和高效协同的关键技术之一。本文从问题的描述与建模开始,分别以对地攻击任务和防空火力压制任务为背景,在有限集中的分布式控制体系中,重点研究了多无人作战飞机在线协同任务分配中威胁区约束、协同约束和时序约束的处理方法,并进行了仿真与试验验证。首先,阐述了多无人作战飞机在线协同任务分配问题的实时性、分布性和复杂性,分析了多无人作战飞机协同作战系统的控制结构,在此基础上对多无人作战飞机在线协同任务分配问题的相关概念进行了定义和描述,并建立了相应的数学模型。其次,考虑到战场威胁对任务分配问题的影响,给出了基于改进RRT算法的在线航路预估方法,在基本的RRT算法中加入了启发式估价函数,改进了新节点生成的采样策略。采取回归分析的方法解决局部最优问题,有效地解决了基本RRT算法随机性大,规划路径重复性差的缺点,实现了最优性和快速性的有效折中。再次,着眼于协同约束处理,以多无人作战飞机协同执行对地攻击任务为背景,针对算法CBBA要求一个任务只能分配给一个Agent的缺陷,采取将需要多架无人作战飞机协同执行的目标进行复制,而后依据CBBA算法框架分别求解的方法,实现了多无人作战飞机在线协同任务分配的目的,同时设计了综合考虑路径距离和威胁代价的评价函数,对基于改进RRT的在线航路预估方法在CBBA框架下进行了验证。最后,着眼于时序约束处理,结合多无人作战飞机协同执行防空火力压制任务的需求,对基于招聘的任务分配算法进行了改进。一方面为每架无人作战飞机设置任务路径,任务分配按照任务间时序约束的优先级依次进行,另一方面,任务分配过程中,计算每个任务的开始时间和完成时间,要求无人作战飞机到达任务的时间必须大于或者等于其前继任务的完成时间。实现了防空火力压制任务的快速在线分配,同时最大限度地减少了无人作战飞机协同执行任务时的等待时间。
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