基于改进贪心算法的无人机集群协同任务分配

无人机集群由于其强大的信息共享与行为协作等优势,在军事、民用及科研等领域发挥了重要作用.然而无人机集群在执行大规模任务时,任务的时间约束、时序关系以及性能要求都对集群任务的协同规划与分配提出了巨大的挑战.针对多无人机协同飞行约束下的任务分配问题,本文提出了一种基于改进贪心算法的无人机集群协同任务分配算法,在保证无人机间...     

基于多策略GWO算法的不确定环境下异构多无人机任务分配

针对具有复杂约束的异构多无人机对地目标侦察打击任务分配问题，考虑不确定的任务执行时长、目标消失时间和无人机巡航速度等不确定因素对任务分配结果的影响，基于模糊可信性理论构建以最小化总成本为优化目标的异构多无人机任务分配的模糊机会约束规划模型，并提出一种多策略融合的灰狼优化算法（IMSGWO），通过引入自适应控制参数调整策略、自适应惯性权重策略、最优学习策略与跳出局部最优策略，在增强种群多样性的同时，提高算法的搜索能力。数值分析结果表明：所提算法能够有效求解不确定环境下的异构多无人机任务分配问题。     

通信约束下异构多无人机任务分配方法

针对异构多无人机协同执行侦察和打击任务中,存在通信距离、时间延迟等约束条件下的局部任务分配问题,提出了一种基于合同网的分布式多无人机任务分配方法。首先建立了异构集群发现新目标时的局部任务分配问题模型,设计了局部无人机通信网络中的信息一致性算法,实现了任务分配过程中任务发布阶段各无人机的冲突消解。设计了任务分配过程中的联盟构建和无人机资源管理方法,使联盟中各无人机能够以更加平衡的方式消耗资源。仿真结果表明,该方法能够解决通信约束下,异构多无人机执行察打任务时,所触发的针对目标打击任务的任务分配问题,且能够获得最大的系统效能。     

基于多基因遗传算法的异构多无人机协同任务分配

以异构多无人机对多目标执行侦查、攻击和评估任务为背景,开展协同任务分配问题建模、算法设计和仿真分析。综合考虑异构无人机任务执行能力、任务执行时序和自身运动学等约束,同时考虑各无人机机载弹药毁伤概率因素,建立以任务执行时间和攻击收益为综合性能指标的任务分配优化模型,提出避免产生"死锁"现象的基于多类型基因编码的改进遗传算法,实现对协同任务分配问题的求解。基于任务分配方案和无人机的最小转弯半径,采用Dubins路径协调方法,生成无人机的可飞航迹。仿真结果表明,改进遗传算法可快速有效地求解多约束条件下异构多无人机协同任务分配问题,基于Dubins路径协调可为每个无人机生成完整的可飞航迹。     

基于蚁群算法的无人机航路规划

为了提高无人机(UAV)作战任务的成功率，在敌方防御区域内执行攻击任务前必须规划设计出高效的无人机飞行航路，保证无人机能够以最小的被发现概率及可接受的航程到达目标点。针对这一问题，对新近发展的蚁群算法进行了讨论，提出了适用于航路规划的优化方法，并对无人机的攻击任务航路进行了仿真计算。仿真结果表明，该方法是一种有效的航路规划方法。     

编队无人机的高生存力协同航路规划方法

提出了一种基于多目标遗传算法的编队无人机高生存力协同航路规划方法。方法由备选航路生成和协同规划两个步骤组成。备选航路生成的目的是为编队中的每一个无人机生成多条航路,该步骤采用的算法是多目标遗传算法。协同规划的目的是为各个无人机从备选航路中选择航路,使得各个无人机同时到达目标区域,以增加任务突然性,提高整个编队的生存力。通过仿真算例,把方法与基于Voronoi图的方法作了对比,给出了方法的优缺点分析。     

多无人机协同覆盖路径规划

多无人机协同覆盖路径规划(CPP)由于其并行性和容错能力,对于提高无人机完成侦察、监视、搜索等任务的效率具有重要意义。提出了一种基于无人机任务性能评价和任务区域划分的多无人机协同CPP算法。定量分析了无人机执行覆盖任务的能力,根据无人机及携带成像传感器的性能给出了计算无人机任务性能指数的数学公式;提出了一种基于任务性能和子区域宽度的任务区域划分算法,使无人机的总转弯次数达到最少。仿真结果表明,所提出的CPP算法能够规划出全局最优的多无人机协同覆盖路径。     

多无人机监控航路规划

为了提高监控任务的效率，在执行任务前必须规划设计出高效的无人机飞行航路。针对这一问题，考虑在任务区域内进行多无人机监控航路优化存在计算的复杂性和收敛性以及计算数据量限制等问题，采用分散式方法对监控航路进行了优化，并以无人机的监控任务为例提出了一种监控效率指标评估的计算方法，解决了航路规划中的监控效率量化问题。通过该方法得到的无人机监控任务的飞行航路可以有效地提高无人机的监控效率。     

基于改进蚁群算法的无人机航路规划

为了提高无人机(UAV)的作战效率和生存概率,在执行任务之前必须设计出高效的无人机飞行航路.针对这一问题,采用了蚁群算法进行航路规划,并对蚁群算法进行了改进.提出了保留最优解、自适应状态转换规则和自适应信息激素更新规则,有效的提高了算法算收敛速度和解的性能.最后用改进的蚁群算法对无人机任务航路进行了仿真,仿真结果表明,该算法是一种有效的航路优化算法.     

多无人机协同巡视任务规划方法综述

多无人机协同执行巡视任务是实时精确情报获取的重要手段,合理的任务规划将大幅度提升巡视效能。首先分析了国内外关于多无人机协同控制、任务规划的研究现状。然后介绍了协同巡视任务规划的概念、常用模型及其不足之处,分析了集中式、分布式这两种决策控制系统结构的概念及优缺点,介绍了最优化方法、启发式方法和合同竞拍这三种常用求解方法的特点及应用场景。最后总结了现阶段在建模的精确性、不确定性环境中任务分配的自主性和算法快速收敛性等方面研究中存在的问题及未来发展方向。     

基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制

针对四旋翼无人机在编队飞行执行任务时可能遭遇障碍物问题,考虑多无人机避障及机间避撞的需求,提出 1种基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制算法。首先,建立四旋翼无人机动力学模型,并建立虚拟控制量简化控制模型;其次,基于零空间方法进行避障与协同编队控制算法研究,将无人机任务执行分解为目标趋向任务、避障避撞任务和协同编队任务,并根据优先级进行任务融合得到期望速度;再次,基于 PID方法设计控制律;最后,通过仿真验证所提控制算法的有效性。所提方法可保证四旋翼无人机在编队飞行中遭遇障碍物时的飞行安全。     

多无人机协同航迹规划技术研究

多无人机协同航迹规划是多无人机协同控制的重要组成部分。多无人机协同航迹规划能得到满足安全性、协同性和任务要求的较优航迹,这对提高无人机系统性能有重要的意义。介绍了多无人机协同航迹规划的问题描述和求解结构,总结了在协同规划问题中的约束条件和航迹协调方法,着重阐述了几种在多无人机编队中常用的控制方法。在此基础上,对未来可能的研究方向进行了展望。     

多架无人机的协同攻击航路规划

针对多架无人机协同攻击同一目标问题,提出了一种航路规划方法.首先根据已知的导弹、雷达等威胁的位置,通过Voronoi图建立初始进入航路,并利用B样条曲线修正初始航路产生无人机可飞航路,然后对多架无人机的航路进行协同修正以满足协同攻击要求.最后对无人机的退出航路规划进行了研究分析,并结合具体问题进行了仿真检验.     

Cooperative task assignment of multiple heterogeneous unmanned aerial vehicles using a modified genetic algorithm with multi-type genes

The task assignment problem of multiple heterogeneous unmanned aerial vehicles （UAVs）, concerned with cooperative decision making and control, is studied in this paper. The heterogeneous vehicles have different operational capabilities and kinematic constraints, and carry limited resources （e.g., weapons） onboard. They are designated to perform multiple consecutive tasks cooperatively on multiple ground targets. The problem becomes much more complicated because of these terms of heterogeneity. In order to tackle the challenge, we modify the former genetic algorithm with multi-type genes to stochastically search a best solution. Genes of chromo- somes are different, and they are assorted into several types according to the tasks that must be performed on targets. Different types of genes are processed specifically in the improved genetic operators including initialization, crossover, and mutation. We also present a mirror representation of vehicles to deal with the limited resource constraint. Feasible chromosomes that vehicles could perform tasks using their limited resources under the assignment are created and evolved by genetic operators. The effect of the proposed algorithm is demonstrated in numerical simulations. The results show that it effectively provides good feasible solutions and finds an optimal one.     

多基地多无人机协同侦察问题研究

 充分考虑侦察目标的侦察分辨率要求和侦察时间窗约束，以及位于不同基地的无人机(UAV)的侦察性能和可用数目，首次建立了更加贴近军事应用实际的多基地多UAV协同侦察问题(M-MUCRP)的数学模型，并提出了解决该模型的多基地多UAV协同侦察进化算法(M-MUCREA)。M-MUCREA的染色体数据结构有效地表达了问题的解，有利于交叉、变异等进化操作；充分利用与目标侦察分辨率要求以及目标位置和时间窗约束相关的启发信息，构造初始种群,避免进化过程收敛太慢；基于Pareto最优概念的选择算子确保解在多个目标上的有效优化；精英策略避免了丢失进化过程中产生的非劣解，加快算法收敛；变异和交叉算子在保证有效解的前提下，实现了解的多样性，避免了算法陷入局部最优。仿真实验验证了算法能够有效解决M-MUCRP。     

多无人机同时到达的分散化控制方法

多无人机(UAV)同时到达是典型的协同控制问题,在编队飞行、协同攻击中都有应用。以多无人机协同多目标攻击为应用背景,对多无人机同时到达问题进行了研究。考虑到战场环境的动态性和不确定性以及无人机自身的特点,提出一种适用于多无人机同时到达的分散化控制方法,其内容包括仅依靠局部信息交互的分散化控制结构和基于一致性算法的分散化控制策略。为方便操作员控制无人机群体的整体行为,分别设计了引入外部参考信号和虚拟Leader的分散化控制策略。根据路径规划和速度控制的不同特点将二者结合起来,利用它们的互补优势来应对路径误差和突发威胁等不利因素的影响。仿真结果表明,本文提出的分散化控制方法能够实现多无人机同时到达,并且具有很好的灵活性、鲁棒性、可靠性和可伸缩性。     

基于Nash均衡与进化计算的协调航迹规划

在对策论框架下研究多无人飞行器的协调航迹规划问题,提出了一种基于Nash平衡和进化计算的航迹规划算法.协调航迹规划是一个多目标合作优化问题,也是一个非合作对策问题.飞行器编队的分布结构提供了一种隐性偏好信息,有助于找到飞行器编队的最优协调航迹和最优飞行代价分配.本文算法使用特定的航迹个体表示方法和进化算子,按照层次方法处理各种航迹约束.不同飞行器间的协同和竞争关系定义在航迹评价函数里.仿真结果验证了基于博弈论航迹规划算法的可行性和优越性.     

基于强化学习的多无人机避碰计算制导方法

针对大量固定翼无人机在有限空域内的协同避碰问题,提出了一种基于多智能体深度强化学习的计算制导方法。首先,将避碰制导过程抽象为序列决策问题,通过马尔可夫博弈理论对其进行数学描述。然后提出了一种基于深度神经网络技术的自主避碰制导决策方法,该网络使用改进的Actor-Critic模型进行训练,设计了实现该方法的机器学习架构,并给出了相关神经网络结构和机间协调机制。最后建立了一个实体数量可变的飞行场景模拟器,在其中进行"集中训练"和"分布执行"。为了验证算法的性能,在高航路密度场景中进行了仿真实验。仿真结果表明,提出的在线计算制导方法能够有效地降低多无人机在飞行过程中的碰撞概率,且对高航路密度场景具有很好的适应性。     

飞行器多任务在线实时航迹规划

 针对不确定环境中的飞行器多任务航迹规划问题展开研究,提出了一种基于飞行路线图的两阶段航迹规划框架,航迹规划分成学习和查询两个阶段,环境信息和飞行器约束条件分阶段体现。在该框架下,通过采用一种混合多任务动态航迹规划方法,分别在稀疏路线图上实时搜索初始航迹和在精细路线图上启发式搜索后备航迹,能够在具有预先未知威胁、可变飞行任务的战场环境中实时生成三维航迹。     

基于合同机制的多UCAV分布式协同任务控制

 针对集中式控制的不足，采用基于合同机制的分布式控制方法对多无人作战飞机（UCAV）协同任务控制问题开展研究。设计了有限中央控制下的分布式控制体系结构，以支持UCAV在任务控制站的监控下实现不同级别上的自治。在通过合同网协议实现动态任务分配的基础上，建立条件合同机制对任务执行过程进行协调，提高了多UCAV协同作战的效能。采用时间约束网络对UCAV的任务计划进行量化表达，保证了多UCAV战术行为配合的准确实现。仿真结果验证了方法的有效性。