[发明专利]一种应用于无人机集群的任务分解与能力匹配方法

说明书

本发明公开了一种应用于无人机集群的任务分解与能力匹配方法，属于无人机飞行任务调度技术领域。该方法包括任务分解、任务重构、飞行资源匹配等步骤；其中，任务分解是细分原始任务的功能，找出对应需要的能力；任务重构是将能力相同的任务进行合并，减少子任务数量；飞行资源匹配是将分解重组的子任务与无人机的能力进行匹配，并通过遗传算法将分解子任务分配给不同的无人机。本发明可以根据不同的任务需求，自主匹配、按需调集相应的飞行资源，同时，还能兼顾飞行过程中的复杂环境与任务变化，形成多种类合成、可按需编配、灵活重构的任务分组。

技术领域

本发明涉及无人机飞行任务调度技术领域，特别是指一种应用于无人机集群的任务分解与能力匹配方法。

背景技术

当前，经过长期的发展，无人机在各行各业的实际应用已经越发成熟，显著提升了行业的生产效率。但是，随着无人机飞行任务的扩大，一些问题也逐渐显露出来。在单无人机应用中，无人机对于任务采用依次执行的方法，并不需要考虑实际的任务匹配以及无人机的能力水平。然而，在异构无人机联合协同任务中，不同的无人机的能力水平是不同的，同时存在各色复杂的任务，任务之间可能会存在多个重复性的子任务，都会需要造成无人机资源的浪费。

近年来随着无人机技术的大规模应用，越来越多的工业、农业领域场景开始使用无人机来协助工作。并且现在无人机技术越发成熟，为了更好地保障工作的进行，开始使用无人机多机协同来执行探测或者通信任务，进一步扩展了无人机的应用领域。基于上述背景，多无人机协同任务的分配是当前无人机任务飞行的关键问题。

大规模无人集群通常由大量异构无人节点组成，不同的无人节点之间的运动性能、通信效率以及作战属性等均存在较大差异，在实际飞行任务中，往往根据目标需求将若干能力相异的节点编为一个任务组，以协同完成特定任务。例如，在针对水面目标的协同目标任务组中，侦察无人机负责对目标进行锁定与跟踪、指挥无人机负责控制与处理信息并进行最终的决策、探测无人机负责对地面目标进行扫描，并对目标对象进行拍照或者感知，通信无人机负责保障对水面附近通信节点的顺利通信。因此，不能采用简单的相似度匹配方式进行编队组网。这种简单任务分配方法并不会对无人机的能力水平以及任务的实际需求水平进行分析，仅仅会对存在的任务与平台进行简单随机匹配，会极大浪费无人机的资源，同时会降低最终的任务执行效益，甚至导致任务执行失败。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种应用于无人集群的任务分解与能力匹配方法，该方法可根据不同的任务目标需求，自主匹配、按需调集相应的无人机资源，实现动态可调整的任务平台匹配，并可以按需分配，灵活重构，实现效益的最大化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种应用于无人机集群的任务分解与能力匹配方法，包括以下步骤：

(1)将无人机集群的所有飞行任务均分解为子任务，各子任务在执行能力范围内无法再继续分解；

(2)根据各子任务的能力进行分类判断，将所有相似能力的子任务进行合并，从而减少子任务的数量；

(3)根据各无人机的飞行能力，将无人机与合并后的子任务进行能力匹配，从而将子任务分配给相应的无人机。

进一步的，步骤(1)的具体方式为：

(101)按照飞行部署意图将各个意图划分为多个功能，得到整个任务的意图功能树；

(102)按照意图功能树，将所有的无人机飞行意图功能进行详细拆分，直到无法拆解出更小的功能任务，完成子任务分解。

进一步的，步骤(2)的具体方式为：

(201)将各子任务的能力按照当前的紧急程度以及需求程度进行排序，构建能力轴，并在能力轴的区间内表示任务的需求能力，得到每个子任务的能力区间；

(202)构建子任务之间的能力值关系矩阵：