【路徑規(guī)劃】考慮分配次序的多無人機協(xié)同目標分配建模與遺傳算法求解
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智能優(yōu)化算法 ?神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測 雷達通信 ?無線傳感器
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本文研究了動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境中的多無人機協(xié)同目標分配(Multi-UAVscooperativetargetassignment,MUCTA)問題.首先通過分析UAV分配次序?qū)Υ驌羧蝿?wù)總收益的影響,設(shè)計了動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境的更新規(guī)則.將航程代價和任務(wù)代價作為懲罰項修正目標函數(shù),建立了考慮分配次序的UAVs協(xié)同目標分配優(yōu)化模型.然后針對模型的物理意義改進了遺傳算法基因編碼方式,設(shè)計了MUCTA遺傳算法.該算法利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移思想,引進SDR算子獲得多種分配次序種群,同時以單行變異算子修正UAV與目標對應(yīng)關(guān)系,并采用最優(yōu)個體法和輪盤賭法篩選子代個體.最后仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計算法的有效性.
MUCTA問題建模(ModelofMUCTA)
考慮分配次序的優(yōu)化目標建模
在實際應(yīng)用中,多無人機任務(wù)分配往往是多種類型目標分配的綜合求解.多機協(xié)同目標分配問題求解策略如圖1所示,實線箭頭表示分配過程,虛線箭頭表示更新過程,我方指揮所根據(jù)我方無人機數(shù)n將一次戰(zhàn)術(shù)分配過程分為n個輪次,每一輪次根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境分配出一架無人機攻擊相應(yīng)目標,評估該次分配結(jié)果后更新戰(zhàn)場環(huán)境,依據(jù)更新的戰(zhàn)場環(huán)境進行下一輪任務(wù)分配,如此循環(huán)直到所有無人機被全部分配.在一次戰(zhàn)術(shù)分配中,需要著重考慮以下三點.
圖1考慮分配次序的目標分配
1)對于敵方目標,存在著相互依賴關(guān)系和主次次序的敵方目標稱之為聯(lián)合目標,聯(lián)合目標的生存概率和權(quán)重構(gòu)成戰(zhàn)場環(huán)境.而每一輪攻擊結(jié)果都將變更環(huán)境情況,因此兩輪任務(wù)分配之間具有相關(guān)性.例如,實際戰(zhàn)場中雷達和指揮所失去功能會對地空導(dǎo)彈陣地和導(dǎo)彈發(fā)射架等其他目標產(chǎn)生影響.即某個目標被摧毀后可能引發(fā)其他一個或多個目標喪失功能,繼而引發(fā)其他目標權(quán)重變化,最終影響整體戰(zhàn)場環(huán)境.故分配次序是否合理,較大程度影響著戰(zhàn)術(shù)分配的優(yōu)劣.
2)對于我方來說,我方無人機火力配置存在差異,本文將該差異考慮為無人機攜彈類型和攻擊命中率.同時由于攻擊對象為聯(lián)合目標,攻擊一個目標所得收益可能來源于多個目標.如何為我方無人機分配最適合的攻擊目標,以期能夠獲得最大程度收益,同樣是制定戰(zhàn)術(shù)分配中需要考慮的核心問題.
3)實際戰(zhàn)場復(fù)雜多樣,我方無人機將面臨多種限
制因素.首先在保證飛行安全的前提下,如何規(guī)劃有效可飛航跡,是需要解決的首要問題.其次各機航程大小不一,所付出航程代價(如消耗燃料)應(yīng)當(dāng)分別考慮.最后,無人機可能面臨一系列任務(wù)要求,違背任務(wù)要求則需付出任務(wù)代價.考慮上述因素,更符合真實戰(zhàn)場環(huán)境,也增加了一次戰(zhàn)術(shù)分配的合理性和全面性.
? 部分代碼
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%希望將威脅區(qū)域分離出來表現(xiàn)，這樣可以靈活的設(shè)定威脅區(qū)域的顯示和數(shù)據(jù)
%威脅區(qū)應(yīng)該來自于雷達，因此分為靜態(tài)環(huán)境和動態(tài)環(huán)境的表示
%先將半球作為靜態(tài)環(huán)境顯示
%
%%
classdef CTread? ??
? ? properties
? ? end? ??
? ? methods? ? ? ??
? ? ? ? function draw(obj)? ? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ?% figure('Renderer','opengl')
? ? ? ? ? ? %通過調(diào)整hold on 前后的次序，可以改變顯示效果，如果將dem放在
? ? ? ? ? ? %前面，那么圓可以變成黃色。? ? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ? obj.drawsphere(120,70,0,23);?
? ? ? ? ? ? hold on;? ?
? ? ? ? ? ? obj.drawsphere(110,140,0,26);
? ? ? ? ? ? obj.drawsphere(52,103,0,30);? ? ? ? ? ??
? ? ? ? ? ? %模擬一個假想的飛行平面
? ? ? ? ? ? %obj.flyplan();
? ? ? ? end
? ? ? ? %繪制半圓的函數(shù)，可以用來顯示威脅區(qū)域
? ? ? ? %靜態(tài)雷達顯示
? ? ? ??
? ? ? ? function drawsphere(obj,x0,y0,z0,r)
? ? ? ? ? ? [x,y,z]=sphere;
? ? ? ? ? ? x=r*x+x0;
? ? ? ? ? ? y=r*y+y0;
? ? ? ? ? ? z=r*z+z0;
? ? ? ? ? ? ? for i=1:size(z,1)
? ? ? ? ? ? ? ? for j =1:size(z,2)??
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? if z(i,j)<=0
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? z(i,j)=0;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? end
? ? ? ? ? ? ? ? end
? ? ? ? ? ? ? end
? ? ? ? ? ? mm = surf(x,y,z,'facecolor','yellow','faceAlpha',0.5);?
? ? ? ? ? ? set(mm,'FaceColor','yellow','faceAlpha',0.5);
? ? ? ? ? ? grid on;? ? ? ? ? ??
? ? ? ? end? ? ?
? ? ?
? ? ? ??
? ? ? ? %臨時測試繪制一個飛行切平面，同時繪制一個模擬的線來指導(dǎo)飛行效果
? ? ? ? function flyplan(obj)
? ? ? ? ? ? [xx,yy]=meshgrid(1:10:180,1:10:230);
? ? ? ? ? ? zz=ones(23,18)*20;
? ? ? ? ? ? zz = surf(xx,yy,zz,'facecolor','yellow','faceAlpha',0.5);
? ? ? ? ? ? set(zz,'FaceColor','yellow','faceAlpha',0.5);
? ? ? ? ? ? grid on;
? ? ? ? end? ? ? ? ?
? ? end
end
? 運行結(jié)果
? 參考文獻
[1]趙明, 蘇小紅, 馬培軍,等. 復(fù)雜多約束UAVs協(xié)同目標分配的一種統(tǒng)一建模方法[J]. 自動化學(xué)報, 2012, 38(12):11.
