(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211215224.5 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 (72)发明人 王铮　邱杨鸿　成飞　宁昕　 王弘炎　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 钱宇婧 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06Q 10/06(2012.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种多基异构无人集群多波次统一协同任 务分配方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种多基异构无人集群多波 次统一协同任务分配方法和系统， 在考虑不同分 配模型时引入代价矩阵表示策略， 对不同模型的 情况使用统一形式的表征方法并设计基因编码 规则和反映射规则， 得到满足复杂约束的分配模 型。 同时， 针对不考虑实际作 战情况的航程代价 估计问题， 本发 明提出采用半球体简易表征的方 法来贴合实际战场禁飞区的方法， 能明显提高分 配方法的通 适性和分配结果的可靠性。 权利要求书3页 说明书10页 附图1页 CN 115422776 A 2022.12.02 CN 115422776 A 1.一种多基异构无 人集群多 波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取无人机发射 位置信息和待执 行任务的终点信息； 在发射位置和终点位置之间随机生成禁飞区， 计算从发射位置至待执行任务的估计航 程代价值， 生成协同执 行任务时估计代价矩阵， 通过航 程代价矩阵计算获得总航 程代价； 比较无人机的数量和待执行任务的数量， 根据比较结果， 确定基因编码规则， 获得符合 迭代要求的基因序列； 所述基因序列由多个基因位组成， 每一个基因位包括无人机、 执行目 标和航程代价； 通过差分进化方法对基因序列进行迭代优化， 迭代过程中以航程代价最小为优化目 标， 获得无人机和待执 行任务的分配关系。 2.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 通过无人机发射位置信息和待执行任务的终点信息， 建立协同目标分配和 航迹规 划统一的目标函数， 所述目标函数为： 式中， 第一项表示总航程代价， w为目标的权重因子， α 为时间代价的比例缩放因子， dij,q 为第q波次的估计的航 程代价， tij,q为第q波次的估计执 行时间。 3.根据权利要求2所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 所述 目标函数遵循多波次约束、 最小航迹段长度约束、 最大拐弯角约束、 最大航程 约束、 多任务时序约束和同时到 达约束。 4.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 当无 人机数量 N大于或者 等于待执 行任务数量M时， 总航 程代价为： 当无人机数量 N小于待执 行任务数量时， 总航 程代价为： 其中， di,j表示第i个无 人机从出发点执 行第j个任务时走 过的航程。 5.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 所述总航 程代价中每一个航 程代价的计算过程 为： Step1， 确定无人机发射位置坐标和待执行任务的终点坐标， 根据两点坐标求解得到两 点的连线方程； Step2， 设置对无 人机执行任务影响最大的雷达可侦察范围， 如下式所示： Step3， 以Step1的连线方程作为基准做 垂直于XOY的平面； Step4， 以step1中建立的连线在 XOY平面的投影作为新平面的x轴， 以z轴作为新平面的 y轴， 将地形信息映射到二维平面上， 获得威胁区轮廓线； Step5： 在step4建立的切割面 中， 设定无人机初始飞行高度 为mx， 无人机按设定初始飞权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115422776 A 2行高度飞行， 时刻判断无人机在当前位置的高度与地形高度的距离是否小于距离下线mx， 若小于则向上爬升； 当处于mx与上线距离my之间时， 无人机保持平飞运动， 当距离大于my 时， 则无人机逐渐下降； Step6： 通过x坐标和y坐标的变化计算估计航迹距离L； 6.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 所述基因编码规则为： 当无人机数量N等于待执行任务数量M时， 每个待执行任务的终点至少被一架无人机执 行， 每架无 人机只能执 行一任务； 当无人机数量N大于待执行任务数量M时， 无人机Ui没有重复值， Tj能够有重复值， 且Tj 最少出现一次， Tj表示第j个目标； 当无人机数量N小于待执行任务数量M时， 无人机Ui能够有重复值， 目标Tj没有重复值， 且无人机Ui最少出现一次。 7.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 差分进化方法进行迭代优化过程中， 执 行唯一匹配规则和无效变异匹配规则。 8.根据权利要求7所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 所述唯一匹配规则为： a)当无人机数量N等于待执行任务数量M时， 无人机与待执行任务的终点一一对应且不 能重复； b)当无人机数量N大于待执行任务数量M时， 同一个待执行任务的终点能够重复匹配给 不同的无 人机s； c)当无人机数量N小于待执行任务数量M时， 待执行任务的终点不能重复， 无人机能够 巡游一组不同的待执 行任务的终点； 所述无效变异匹配规则为： 对无效的值， 依次随机匹配一个未被映射到新个体中的代 价值作为变异后的新基因， 按唯一匹配规则修改矩阵， 继续匹配其他无效的值， 直到全部任 务匹配完， 映射矩阵为空为止 。 9.根据权利要求1所述的一种多基异构无人集群多波次统一协同任务分配方法， 其特 征在于， 通过差分进化 算法对基因序列进行迭代优化的过程 为： (1)初始化种群， 初始化种群为父代； (2)对初始化种群通过DE算法变异， 得到新的个 体作为假子代， ； (3)通过交叉因子比较假子代和父代， 从中选出部分基因 组成新的个 体得到真子代； (4)通过比较同位置父代与真子代中个体的目标函数值， 选择作为下一代种群中的个 体； (5)根据反映射 规则找到每次迭代过程中基因序列以及对应的分配关系。 10.一种多基异构无 人集群多 波次统一协同任务分配系统， 其特 征在于， 包括： 采集模块， 用于获取 无人机发射 位置信息和待执 行任务的终点信息； 总航程代价模块， 用于在发射位置和终点位置之间随机生成禁飞区， 计算从发射位置 至待执行任务的估计航程代价值， 生成协同执行任务时估计代价矩阵， 通过航程代价矩阵权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115422776 A 3