[发明专利]一种虚实融合的无人集群协同验证系统

说明书

本发明属于无人集群协同演示验证技术领域，为有效解决面向复杂任务的无人集群协同算法半实物演示验证问题，本发明提供了一种虚实融合的无人集群协同验证系统，该验证系统同时包含计算机端的半集中‑半分布式的数字仿真节点以及基于嵌入式板载系统的分布式半实物节点两种模态，且不同模态的无人集群节点间能实现数据交互、任务协同。整体系统架构中将核心算法逻辑分解为集中式算子和分布式算子两部分，进一步对二者的任务逻辑、部署方式进行划分。该系统既能为无人集群协同算法提供验证平台，又能为任务要素及场景设计提供同半实物验证途径。

技术领域

本发明一种虚实融合的无人集群协同验证系统属于无人集群协同演示验证技术领域，特别涉及了一种融合虚拟无人集群仿真环境及嵌入式半实物仿真节点的无人集群协同验证系统。

背景技术

群体智能具有分布性、简单性、灵活性和健壮性等优势，为很多极具挑战的复杂性问题提供了崭新的解决方案，是我国《新一代人工智能发展规划》确立重点发展的五大智能形态之一。而随着微纳电子、计算平台、自主控制等新兴技术的迅猛发展，由无人机组成的集群系统在关乎国计民生以及国家和国防安全的重大场景中获得了越来越多的应用。无人机集群系统能以网络化、分布化、协同化方式快速形成区域覆盖，实现集群资源优化调度，提高任务完成率和响应速度。尽管群体智能系统在无人作业、军事应用、应急救援等任务中具有重大应用前景，但当前对于无人自主集群系统群智激发和汇聚机理、群智协同决策与控制技术的研究尚处于起步阶段，特别是在面向实际应用场景时，当前存在群智协同机理不明、群体行为知识缺乏、群智系统验证困难等诸多问题和挑战，难以直接在实际应用中发挥作用。

面向各类场景的无人集群算法、功能、协同效果验证问题，已成为阻碍无人集群技术从理论研究向工程应用过度的主要瓶颈之一。首先，无人集群算法方面发展迅速，但大多在理论及仿真层面，距离实际应用存在较大差距；其次，无人集群协同算法往往复杂度较高，难以直接在实物系统中验证，存在系统稳定性、无人平台控制、导航定位、有限的计算资源等众多与算法本身无关的条件做支撑；最后，从算法层面到工程应用通常经由算法设计、算法仿真、半实物仿真、实物系统设计、实物系统试验等一系列流程，仿真及半实物仿真必不可少。当前针对无人集群验证的数字环境多为纯仿真环境，而作为重要过渡的有效半实物仿真环境鲜有涉及。因此，如何构建既能为无人集群协同算法提供验证平台、又能为实际应用提供要素及场景设计的无人集群协同半实物验证系统，对无人集群在众多特殊场景下的应用效果验证具有重要理论及现实意义。

发明内容

为有效解决面向复杂任务的无人集群协同算法半实物演示验证问题，本发明提供了一种虚实融合的无人集群协同验证系统，该验证系统同时包含计算机端的半集中-半分布式的数字仿真节点以及基于嵌入式板载系统的分布式半实物节点两种模态，且不同模态的无人集群节点间能实现数据交互、任务协同，其核心是支持节点可扩展的系统架构、分布式数据交互机制以及模块化的主体功能实现。

本发明采用的技术方案为：

一种虚实融合的无人集群协同验证系统，包括可视化人机交互模块、典型任务模块、计算机端算法模块、多个同构嵌入式端算法模块和模型知识库；

可视化人机交互模块，用于为典型任务模块提供任务区域、任务类型、环境参数、无人机数量及位置、目标数量及位置和目标运动状态的初始设置及管理，同时接收计算机端算法模块及嵌入式端算法模块发送的无人机编号、无人机实时任务状态及位置参数，对任务执行结果进行分析评估，并对所有参数进行实时监控显示；

典型任务模块，用于将接收的任务区域、任务类型、环境参数、无人机数量及位置、目标数量及位置和目标运动状态信息按规定数据协议进行编码，并发送至计算机端算法模块及嵌入式端算法模块；

计算机端算法模块，用于通过数据接口及服务接口将所需模型参数发送至模型知识库模块，并通过各类定义的模型接口从模型知识库调用所需模型；还用于计算生成无人机编号、位置数据及任务状态发送至可视化人机交互模块进行显示，并同时发送至嵌入式端算法模块；