多类型无人机实时任务分配技术研究

摘要

无人机是现代科技发展的必然产物，近年来随着科技的迅猛发展，尤其是人工智能技术、自动化技术的发展，无人机系统的自主化程度不断提高，对无人机系统的相关研究吸引了越来越多的研究者的关注。目前，国内外学术界对无人机系统的研究方向涵盖了飞行轨迹规划技术、任务分配技术、飞行检测与避障技术、协同作战能力等多个方面，本文主要研究多类型无人机实时任务分配技术，这里的多类型无人机是指携带不同资源类型的无人机。无人机的任务分配是指根据卫星监测设备、防控部署系统等提供的环境信息以及无人机的特定功能及参数通过分配算法对无人机需要执行的任务进行部署规划，并能够根据执行过程中实时环境信息进行分配方案的调整，其目的是提供一种安全系数高、突防概率大的任务分配方案，使无人机系统的整体作战效能最佳。
　　本文将多类型无人机的任务分配分为两个阶段进行研究，第一阶段是执行任务前根据全局信息进行的任务预分配，第二阶段为任务执行过程中根据实时环境的变化对分配方案的动态调整，并对可能引起的冲突问题进行协调。本文的主要内容包括以下几个方面：
　　1、对无人机系统通信结构及任务分配算法进行研究，分析现有算法应用在本文复杂的战场环境中的可行性以及稳定性等性能，并对本文求解的任务分配问题进行建模分析，将任务分配过程分为任务预分配与实时任务分配两个阶段，针对每一阶段的具体情景寻找合适的算法进行求解。
　　2、任务预分配过程中考虑无人机系统的规模、战场环境的复杂度等多种因素的影响，针对预分配问题的全局最优性应用基于概率估计的交叉熵方法进行求解，设计合适的列编码方式并引入局部搜索策略加快分配方案的确定。
　　3、实时任务分配中根据实时环境中的突发状况对预分配方案进行动态调整，本文应用基于市场机制的合同网协议方法，通过模拟市场活动中的招标、投标、中标、签约过程，并选择合适的策略对招标范围、投标数目、招标者职责进行完善，实现突发状况中无人机的动态调整，并对可能引起的冲突问题进行协调。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 论文的结构安排

第二章 任务分配相关理论

2.1 无人机任务分配问题

2.2 无人机系统通信结构

2.3 传统的任务分配算法

2.4 智能仿生算法

2.5 交叉熵方法

2.6 基于市场机制的合同网协议算法

2.7 本章小结

第三章 问题分析与模型描述

3.1 问题描述及分析

3.2 问题模型

3.3 本章小结

第四章 基于混合交叉熵的任务预分配

4.1 交叉熵方法概述

4.2 交叉熵方法的优势分析

4.3 引入局部搜索机制的混合交叉熵方法

4.4 基于混合交叉熵方法的多类型无人机任务预分配

4.5 本章小结

第五章 基于合同网协议方法的实时任务分配

5.1 合同网协议方法概述

5.2 改进合同网协议方法

5.3 基于合同网协议的实时任务分配

5.4 多类型无人机的冲突协调

5.5 本章小结

第六章 模拟实现与结果分析

6.1 引入局部搜索机制的混合交叉熵算法实现与分析

6.2 改进合同网协议方法的实现与分析

6.3 算法在场景中的具体应用

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果