多目标跟踪的飞行器集群协同实时任务分配策略

发布时间：2021-06-25 22:39

　　针对跟踪过程中,多动态目标优先级变化引起的飞行器任务实时重分配问题,提出了一种飞行器集群智能自组织控制方案。该方案基于飞行器集群组网和集群协同计算技术,实现分布式集群实时控制与协同任务分配,以保证对多目标的实时跟踪。针对跟踪目标优先级变化的场景,提出了具有双向选择机制的合同网改进算法,能够解决突发情况导致的飞行器集群任务实时分配问题。最后进行仿真验证,实验结果表明,该方案能够提高飞行器集群的协商效率,减少通信频率,提升任务分配的时效性。 

【文章来源】：导弹与航天运载技术. 2020,(03)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

合同网算法流程Fig.2FlowChartofContractNetAlgorithm

导弹与航天运载技术2020年34图1飞行器转移距离示意Fig.1DiagramofAerialVehicleTransferDistanceb）飞行器最大速度。在飞行器为了捕获移动目标进行转移的过程中，飞行器能够达到的最大飞行速度也是影响任务分配的重要因素。在某些情况下，飞行器捕获跟踪目标的转移时间过长，执行该任务就会有较大的损耗。因此需要对飞行器捕获目标的转移时长t进行限制，即通过式（5）计算得到的t应不大于阈值。如果t大于阈值，飞行器就会放弃对该目标的捕获和跟踪。c）多机协同约束。应该保证在任何时刻，集合T中的每个目标都有至少一个飞行器对其进行跟踪。此外对某一移动目标执行跟踪任务的飞行器数量，不应多于该目标所需的飞行器数量。假设飞行器iu当前执行跟踪任务的目标为()itu，目标jt所需的执行跟踪任务的飞行器数量为Need()jNt，实际对其进行跟踪的无人机数量为Tracking()jNt，则多机协同约束可以表达为12()()()mtututuT（9）NeedTracking()()jjjtNtNt（10）2任务分配算法设计任务分配是飞行器集群协同控制的基础，任务分配算法应该能够为每个移动目标分配合适的飞行器执行跟踪任务，同时使得该方案满足集群转移总时间与距离最短的优化目标。飞行器集群任务分配问题属于多目标优化问题，本节采用合同网的基本思想，并针对多动态目标跟踪的特殊场景对合同网进行改进，提高了任务分配的时效性。2.1合同网基本思想合同网是在研究分布式问题求解过程中提出的概念，此后许多研究人员对其进行了改进和扩展[9]。合同网采用任务拍卖的方式，将投标值作为用户之间任务分配的控制变量，通过用户之间的任

衲勘?2t的转移成本最低，因此决定选择4u和5u作为中标者。经过一段时间，5u首先捕获目标2t并执行跟踪任务，此时4u正在向1t移动，如图3b所示。再经过一段时间，4u成功捕获1t，此时1u，2u和4u跟踪目标1t，3u和5u跟踪目标2t，如图3c所示。最终飞行器集群的分配方案满足任务的要求。通过对合同网进行改进，原本需要经过两轮交易才能完成任务分配的场景，现在经过一轮交易即可完成。a）初始状态b）5u捕获目标c）4u捕获目标图3任务分配Fig.3TaskAllocation为了进一步研究具有双向选择机制的合同网算法对传统合同网算法的改进效果，本文进行了25次相互独立的仿真实验。实验的自变量为需要处理的任务数量，而目标数量的变化会引起任务数量的变化，本文考虑了目标数量从1~25个的变化情况，同时为了确保有足够数量的飞行器执行任务，将飞行器的个数设置为50。其中，随机初始化目标和飞行器的位置坐标以及速度等信息，阈值为30。任务数量的增加会提升任务分配的复杂度，改变任务数量，分别对传统的合同网和具有双向选择机制的改进合同网进行仿真。其交易回合数随任务数量的变化趋势如图4所示。图4交易回合数变化趋势Fig.4TrendinTradingRoundNumbers由图4可以看出，与传统合同网算法相比，改进的合同网算法能够有效地减少交易回合数，提升系统的协商效率，从而提高任务分配的时效性。4结束语针对飞行器集群对多个动态目标跟踪过程中的协同实时任务分配问题，基于合同网的思想解决了集群任务分配中的效能优化问题。本文对合同网进行了改进，引入了并发机制，减少了协商过程中进行?

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进合同网的无人机群协同实时任务分配问题研究[J]. 张梦颖,王蒙一,王晓东,宋勋.  航空兵器. 2019(04)
[2]多机器人追捕中带双向筛选的动态任务分配算法研究[J]. 刘政强,陈寿元,邵增珍,张永,刘衍民.  小型微型计算机系统. 2017(07)

博士论文
[1]多UCAV协同任务控制中分布式任务分配与任务协调技术研究[D]. 龙涛.国防科学技术大学 2006



本文编号：3250077