[发明专利]一种任务顺序约束下的异构多AUV系统任务协调方法

权利要求书

1.一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)建立水面工作站与AUV间的通讯，水面工作站通过无线电或无线网络获得每个AUV的初始位置信息，水面工作站通过与AUV间的数据交换获得AUV的精确的位置信息、装备类型信息；

(2)进行水面工作站初始化工作、使命任务下载初始化工作、时钟初始化工作；初始化工作结束后，通过获得的使命任务相关信息，包括每个使命任务区域的坐标信息、海域面积信息，预算出每个使命区域执行扫描的时间；

(3)建立以多AUV任务执行时间最短为目标函数的任务协调模型；

(4)水面工作站根据任务数据信息和AUV的坐标信息对任务使用蚁群算法进行协调优化，得到每个AUV的任务执行序列，并将这些优化结果与任务海域信息发送给AUV；

(5)AUV收到任务指令后，自主前往其使命任务区域进行搜索，并在该海域扫描完成后，AUV上浮，立即将扫描结果回传给水面工作台；

(6)水面工作站一旦收到AUV的扫描结果，立即计算各AUV完成当前任务需要的时间，结合新收到的扫描结果和之前等待执行的任务，对AUV的任务进行重新优化，并将优化结果实时的传递给各AUV，分配后续的任务。

2.根据权利要求1所述的一种针对存在执行顺序问题的异构型多AUV任务协调方法，其特征在于，所述的步骤(4)具体包括：

(4.1)获得使命任务区域、AUV的初始参数信息，初始化蚁群算法基本参数、时间参数；使命任务区域信息包括该海域的位置坐标、海域面积信息；AUV的参数信息主要包括：AUV的巡航速度V1、初始位置信息、执行扫雷任务时的速度V2；蚁群算法的基本参数包括：蚂蚁数量Num_ant，迭代次数iter_max，启发因子重要度因数α，信息素重要度因数β，信息素挥发系数ρ，信息素矩阵τ；

(4.2)设置起点向量和终点向量，起点向量为各个AUV的编号，终点向量为各个任务目标海域的编号；

(4.3)根据起点向量和终点向量计算所有可能路径的状态转移概率P；

(4.4)采用轮盘赌法从状态转移概率P中选择出一条路径，作为本次循环的路径；

(4.5)更新起点向量和重点向量，即原来的起点由终点替代，原来的终点被清除；

(4.6)重复(4.3)-(4.5)，直到终点向量为空；

(4.7)重复(4.2)-(4.5)步骤，直到本代所有蚂蚁实现遍历，记录每一个蚂蚁走过的路径；

(4.8)更新每条路径上的信息素τ；

(4.9)重复(4.2)-(4.8)直到所有代迭代完毕，记录所有路径中最短时间的任务分配信息；

上面所述步骤中的状态转移概率P的计算公式如下：

Pijk(t,m)=τijα(t)ηijβ(t,m)Σs∈allowedkτisα(t)ηisβ(t),j∈allowedk0,otherwise;]]>

上式中启发函数矩阵η为蚂蚁要在该路径上的航行的时间的倒数，应为如下公式：

ηij(m)=V1(m)D(i,j);]]>

上面所述步骤中的信息素更新原则公式如下：

τ_ij(t+1)＝Δτ_ij(t,t+1)+ρ·τ_ij(t)；

Δτij(t,t+1)=Σk=1Num_antΔτijk(t,t+1);]]>

上述各公式中i，j分别表示路径的起点终点编号，k为蚂蚁编号，m为AUV编号，Num_ant为蚂蚁个数，allowed_k表示满足约束条件的终点集合，α为启发因子重要度因数，β为信息素重要度因数，η为启发函数矩阵，ρ为信息素挥发系数，其取值范围为0～1，τ为信息素矩阵，D为路径起点与终点的距离矩阵，V₁为灭雷型AUV的速度向量，T_ij为蚂蚁k的航行时间。