[发明专利]一种基于任务需求的异构无人机集群协同最优配置方法

权利要求书

1.一种基于任务需求的异构无人机集群协同最优配置方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：按照以下公式计算得到战场所需火力攻击效能P_e总：

其中，N_e表示战场中敌方防空作战单元的类型数量，m_i表示第i类敌方防空作战单元的数量，P_eⁱ表示第i类敌方防空作战单元的战场所需火力攻击效能，按照以下公式计算得到：

其中，E_i,2表示第i类敌方防空作战单元的战场所需火力攻击效能指标体系中第2层级的因素个数，δ_i,j表示第i类敌方防空作战单元的战场所需火力攻击效能指标体系中第2层级的第j个因素对于第1层级因素的权重，表示第i类敌方防空作战单元的战场所需火力攻击效能指标体系中第2层级第j个因素的量化效能值；

所述的战场所需火力攻击效能指标体系为3层效能指标体系，第1层级的因素表示战场所需火力攻击效能，第2层级的因素包括抗打击能力、杀伤力和时间紧迫度，时间紧迫度又分为第3层级，包括目标出现时间和时敏窗口大小；其中，战场所需火力攻击效能指标体系的判断矩阵按照Santy提出的一致矩阵法构造得到，判断矩阵中的元素即不同层级因素对应的权重按照Santy提出的9标度方法计算得到；不同种类敌方防空作战单元抗打击能力的量化效能值依据其抗打击能力强度量化为1～9之间的整数值，1为抗打击能力最小，9为抗打击能力最大；不同种类敌方防空作战单元杀伤力的量化效能值按照对所有种类敌方防空作战单元的无杀伤力～最大杀伤力值区间进行等间隔0～9级量化得到；不同种类敌方防空作战单元时间紧迫度的量化效能值为目标出现时间和时敏窗口大小的量化效能值按照其对时间紧迫度的权重加权得到；不同种类敌方防空作战单元目标出现时间的量化效能值按照对所有种类敌方防空作战单元的ETA最小值～ETA最大值区间进行等间隔9～1级量化得到；不同种类敌方防空作战单元时敏窗口大小的量化效能值按照对所有种类敌方防空作战单元的无时敏窗口要求～时敏窗口最大值区间进行等间隔0～9级量化得到；

步骤2：按照以下公式计算得到异构无人机集群火力攻击效能P_a总：

其中，N_a表示异构无人机集群中攻击无人机搭载攻击载荷的种类，w_u表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机数量，P_a^u表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的火力攻击效能，按照以下公式计算得到：

其中，F_u,2表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机火力攻击效能指标体系中第2层级的因素个数，n_u,p表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机火力攻击效能指标体系中第2层级第p个因素对于第1层级因素的权重，表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机火力攻击效能指标体系中第2层级中第p个因素的量化效能值；

所述的攻击无人机火力攻击效能指标体系为2层效能指标体系，第1层级的因素表示攻击无人机火力攻击效能，第2层级的因素包括载弹数量、打击精度和弹药杀伤力；其中，攻击无人机火力攻击效能指标体系的判断矩阵按照Santy提出的一致矩阵法构造得到，判断矩阵中的元素即不同层级因素间对应的权重按照Santy提出的9标度方法计算得到；搭载不同种类攻击载荷攻击无人机的载弹数量的量化效能值按照对所有类型攻击无人机的最小载弹数量～最大载弹数量区间进行等间隔1～9级量化得到；搭载不同种类攻击载荷攻击无人机的弹药杀伤力的量化效能值按照对所有类型攻击无人机的最小弹药杀伤力值～最大弹药杀伤力值区间进行等间隔1～9级量化得到；

搭载不同种类攻击载荷攻击无人机的打击精度的量化效能值按照以下公式计算得到：

其中，表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机打击精度的量化效能值，u＝1,…,N_a，表示无侦察无人机协同时搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的打击精度，按照对所有类型攻击无人机的打击精度最小值～打击精度最大值区间进行等间隔1～9级量化得到；N_D表示异构无人机集群中侦察无人机的数量，ε_u表示异构无人机集群中侦察无人机对搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的协同影响因子，按照下式计算得到：

其中，和分别表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机在侦察无人机协同前、后的跟踪定位效能，具体计算公式如下：

其中，G_u,2表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机在侦察无人机协同前的跟踪定位效能指标体系G中第2层级的因素个数，χ_u,q表示跟踪定位效能指标体系G中第2层级第q个因素对于第1层级因素的权重，表示跟踪定位效能指标体系G中第2层级第q个因素的量化效能值；H_u,2表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机在侦察无人机协同后的跟踪定位效能指标体系H中第2层级的因素个数，λ_u,r表示跟踪定位效能指标体系H中第2层级第r个因素对于第1层级因素的权重，表示跟踪定位效能指标体系H中第2层级第r个因素的量化效能值；

所述的攻击无人机在侦察无人机协同前的跟踪定位效能指标体系G为2层效能指标体系，第1层级的因素表示攻击无人机在侦察无人机协同前的跟踪定位效能，第2层级的因素包括攻击无人机的飞行高度、分辨率和侦察距离；

所述的攻击无人机在侦察无人机协同后的跟踪定位效能指标体系H为2层效能指标体系，第1层级的因素表示攻击无人机在侦察无人机协同后的跟踪定位效能，第2层级的因素包括侦察无人机的飞行高度、分辨率和侦察距离；

所述的跟踪定位效能指标体系G和H的判断矩阵均按照Santy提出的一致矩阵法构造得到，判断矩阵中的元素即不同层级因素间对应的权重均按照Santy提出的9标度方法计算得到；

所述的跟踪定位效能指标体系G中，搭载不同类型攻击载荷的攻击无人机飞行高度的量化效能值按照对所有类型攻击无人机的最小飞行高度～最大飞行高度区间进行等间隔1～9级量化得到；搭载不同类型攻击载荷的攻击无人机分辨率的量化效能值按照对所有类型攻击无人机的最小分辨率～最大分辨率区间进行等间隔9～1级量化得到；搭载不同类型攻击载荷的攻击无人机侦察距离的量化效能值按照对所有类型攻击无人机的最小侦察距离～最大侦察距离区间进行等间隔9～1级量化得到；

所述的跟踪定位效能指标体系H中，侦察无人机飞行高度的量化效能值按照对所有侦察无人机的最小飞行高度～最大飞行高度区间进行等间隔1～9级量化得到；侦察无人机分辨率的量化效能值按照对所有侦察无人机的最小分辨率～最大分辨率区间进行等间隔9～1级量化得到；侦察无人机侦察距离的量化效能值按照对所有侦察无人机的最小侦察距离～最大侦察距离区间进行等间隔9～1级量化得到；

步骤3：按照以下公式计算得到战场所需续航能力REC：

其中，N_U表示异构无人机集群中功能无人机的数量，功能无人机表示除加油无人机以外的无人机，Dis_x表示功能无人机x的任务航程，表示功能无人机x的额定续航能力，OW_x表示功能无人机x的百公里耗油量，所述的功能无人机x的额定续航能力的计算公式如下：

其中，OL_x表示功能无人机x的载油量；

按照以下公式计算得到异构无人机集群续航能力AEC：

AEC＝N_O·OL_O (11)

其中，N_O表示异构无人机集群中加油无人机的数量，OL_O表示加油无人机的载油量；

步骤4：构建带约束的整数规划配置模型函数如下：

其中，cost表示异构无人机群的整数规划配置函数，cost_弹药表示异构无人机集群中攻击无人机携带弹药的成本，cost_无人机表示异构无人机集群中无人机的造价成本，P_d0表示1架侦察无人机对目标成功执行侦察任务的概率，N_s表示对同一目标同时执行侦察任务的侦察无人机的数量，P_dmin表示若干侦察无人机对同一目标同时执行侦察任务的成功概率的最小值；

所述的异构无人机集群中攻击无人机携带弹药的成本cost_弹药按照以下公式计算：

其中，表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的载弹数量，表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的单发弹药的成本；w_u表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机数量。

所述的异构无人机集群中无人机的造价成本cost_无人机按照以下公式计算：

其中，表示搭载第u类攻击载荷的攻击无人机的造价成本，表示第y架侦察无人机的造价成本，表示第z架加油无人机的造价成本；

采用整数规划方法中的蒙特卡洛法对上述带约束的整数规划配置模型函数进行求解，得到异构无人机集群中侦察无人机、攻击无人机和加油无人机的最优配置数量。