CN110119160A - 面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，当实时动态任务到达无人机控制中心后，先初步判断实时动态任务是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。若经判断实时动态任务可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，则根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务在察打一体无人机当前任务航线上插入位置。将实时动态任务插入确定的插入位置上，再根据无人机当前可续航半径约束对新航线上任务目标进行检查与删除，以实现对察打一体无人机的实时动态任务进行有效的快速规划。本发明既适用于察打一体类型的无人机快速实时动态任务规划，也可运用于侦察或攻击单类型无人机的快速实时动态任务规划上。

Description

面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法

技术领域

本发明属于无人机任务规划技术领域，特别是涉及一种面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法。

背景技术

察打一体无人机作为无人机中的高端武器系统产品，具有侦察、监视、捕获和对目标实时打击的能力，可长时间广域隐身侦察监视、对地面进行持续火力压制，或对高价值、时间敏感目标实施精确攻击，能极大缩短从发现到摧毁目标的时间，适应信息化战争态势瞬息万变、战机稍纵即逝的特点。

察打一体化无人机由于没有人员在系统上进行实际操作驾驶，在面临对敌对目标进行侦察和打击的动态实时任务时，需要在已规划的航线上针对相关任务进行及时的调整。考虑到察打一体无人机系统本身还具有可携带的最大作战资源约束，对动态实时任务规划的好坏、无人机航线规划调整是否合适，既关系到察打一体化无人机对动态实时任务是否能够及时响应、任务是否能够顺利完成，还将对察打一体无人机本身的生存能力产生重要影响。

察打一体无人机的实时动态任务主要分为实时动态侦察任务和实时动态打击任务，其作为察打一体无人机系统任务中的两类典型任务，具有响应时间要求高、到达时间随机的特点。察打一体无人机的实时动态任务规划，是指在实时动态任务到达无人机控制中心后，在无人机控制中心为实时动态任务在察打无人机系统已规划的航线上及时找到一个合适任务插入点，并调整察打无人机系统已规划的航线上相关任务的执行顺序。本发明所关注的察打一体无人机系统，具有最大续航时间限制；同时对于打击任务还有最大作战资源限制，即可携带的最大导弹数量限制。此外，在实时动态任务到达无人机控制中心后，无人机控制中心在进行快速实时规划后，则立即将新的航线信息传输给察打一体无人机系统进行航线更新，以提高察打一体无人机的响应效率。

传统的无人机系统任务规划方法研究，大多单以侦察无人机或者是攻击无人机为研究对象，较少见到针对未来重要无人作战武器平台——察打一体无人机为对象的研究。同时在具体研究方法上，常用的做法是将任务规划问题转化为某种典型的组合优化问题，然后采用一些已有的优化方法进行求解。如针对小规模无人机任务规划问题，采用数学规划方法——整数规划或者混合整数规划方法进行优化建模并利用精确求解算法——分支定界或者分支剪枝等算法进行求解；而针对大规模或者含有不确定因素的无人机任务规划问题，则采用启发式求解方法，构造启发式求解算法——遗传算法或者蚁群算法或者启发式规则等进行求解。然而，这些求解方法一方面只考虑了单类型的作战任务，另一方面获得最终任务规划结果时间过长，也没有考虑动态任务变化对结果的影响。因此，如何针对多类型的动态实时任务，进行察打一体无人机快速任务规划，已成为察打一体无人机系统迫切需要解决的重大问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法。考虑到实时动态任务的到达将对察打一体无人机已规划任务航线的影响，本发明通过对已规划的察打一体无人机任务航线进行调整，同时解决尽量节约响应时间的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，包括以下步骤：

S1.当实时动态任务到达无人机控制中心后，首先对实时动态任务进行筛查，初步判断实时动态任务是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。

S2.若经S1判断实时动态任务可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，则根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务在察打一体无人机当前任务航线上插入位置。

S3.将实时动态任务插入S2确定的插入位置上，再根据无人机当前可续航半径约束对新航线上任务目标进行检查与删除，以实现对察打一体无人机的实时动态任务进行有效的快速规划。

本发明S1中：实时动态任务i_c到达无人机控制中心后，根据察打一体无人机可续航时间约束与当前作战资源约束初步判断实时动态任务i_c是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线l＝{0,1,...,k,...,n,0}，0为出发场点，1,...,k,...,n为按照无人机航线上顺序排列的任务目标点。具体方法如下：

根据实时动态任务i_c的任务类型(侦察任务或打击任务)、实时动态任务i_c目标位置(x_i,y_i)以及实时动态任务i的作战资源需求量判断实时动态任务i_c是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。

若实时动态任务i_c是侦察任务，则计算实时动态任务i_c目标位置与无人机出发场点位置(x₀,y₀)之间距离的飞行时间度量v为无人机飞行航速；当则实时动态任务i_c可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，转至S2；否则，则拒绝实时动态任务i插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。

若实时任务i_c是打击任务，当则拒绝实时动态任务i插入无人机任务航线。当若则实时动态任务i_c可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，转至S2；否则，拒绝实时动态任务i插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。

本发明的S2中根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务在察打一体无人机当前任务航线上插入位置的方法如下：

察打一体无人机在当前任务航线l＝{0,1,...,k,...,n,0}上已飞行至目标点z位置与目标点z+1位置之间，且z,z+1∈l。根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务i_c在察打一体无人机当前任务航线上插入位置Ins。

本发明S3的方法如下：

S3.1：将实时动态任务i_c目标位置(x_i,y_i)插入当前任务航线位置Ins，察打无人机航线变为l'＝{0,1,...,Ins-1,i_c,Ins+1,...,n,0}；

S3.2：计算察打一体无人机新航线l'距离的飞行时间：

S3.3：若为人机可续航时间约束，察打一体无人机执行新航线l'，并结束；否则，n＝n-1，删除新航线l'上目标点n，并转至S3.2。

采用本发明的有益效果主要体现在以下几方面：

本发明通过运用S1，对到达的察打无人机实时动态任务进行初步筛查，快速过滤突破无人机续航半径约束和作战资源约束的任务，从而减轻实时动态任务信息处理的负担。本发明通过S2，根据无人机当前位置，快速找到可节约飞行距离的实时动态任务目标点在航线上插入位置，一方面减少实时动态任务插入后增加的飞行距离，另一方面节约实时动态任务规划的响应时间。本发明通过S3，保证对实时动态任务快速规划后，无人机最大续航半径不被突破，能够返回出发点。

本发明既适用于察打一体类型的无人机快速实时动态任务规划，也可运用于侦察或攻击单类型无人机的快速实时动态任务规划上。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

附图1是面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法的流程图。下面将结合具体实施例对本发明做进一步详细描述：

本实施例所描述的察打一体无人机，如美MQ-9B“天空守护者”无人机，留空时长(续航半径)为24小时，可带6枚空对地导弹(作战资源)。察打一体无人机已规划的航线信息、任务类型以及作战资源需求信息如表1所示，航速200公里/小时，出发场坐标(0，0)公里，出发时间为0.0000时。

表1察打一体无人机航线及任务信息

实时任务信息如表2所示。

表2实时任务信息

S1：实时动态任务i₁和实时动态任务i₂到达无人机控制中心后，根据察打一体无人机当前可续航半径留空时长24小时与作战资源约束6枚空对地导弹，初步判断实时动态任务是否可以插入当前无人机任务航线l＝{0,1,...,5,0}。

根据实时动态任务i_c的任务类型，任务目标位置(x_i,y_i)以及实时动态任务i_c的作战资源需求量判断实时动态任务i_c是否可以插入当前无人机任务航线：

实时动态任务i₁是侦察任务，d₁＝0，计算距离度量转至S2。

实时动态任务i₂是打击任务，d₂＝2≤6-2＝4且转至S2。

S2对于实时动态任务i₁，实时动态任务i₁到达时察打一体无人机在当前任务航线l＝{0,1,2,3,4,5,0}上已飞行至出发场0位置与目标点1位置之间。根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务i₁在察打一体无人机当前任务航线上插入位置Ins₁。

对于实时动态任务i₂，实时动态任务i₂到达时察打一体无人机在当前任务航线l＝{0,1,2,3,4,5,0}上已飞行至目标点2位置与目标点3位置之间。根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务i₂在察打一体无人机当前任务航线上插入位置Ins₂。

S3：将实时动态任务i_c根据确定插入位置当前任务航线，并针对无人机可续航半径约束更新相关信息。

S3.1：将计算实时动态任务i_c的目标点插入当前任务航线位置Ins，察打无人机航线变为l'＝{0,1,...,Ins-1,i_c,Ins+1,...,n,0}；

将计算实时动态任务i₁的目标点(80,120)插入当前任务航线位置Ins₁，察打无人机航线变为l'＝{0,1,i₁,2,3,4,5,0}；

将计算实时动态任务i₂的目标点(-120,100)插入当前任务航线位置Ins₂，察打无人机航线变为l'＝{0,1,i₁,2,3,4,i₂,5,0}；

S3.2：计算察打一体无人机新航线距离的飞行时间：

S3.3：若t'≤24，则察打一体无人机执行新航线l'，结束。

以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.当实时动态任务到达无人机控制中心后，首先对实时动态任务进行筛查，初步判断实时动态任务是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线；

S2.若经S1判断实时动态任务可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，则根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务在察打一体无人机当前任务航线上插入位置；

S3.将实时动态任务插入S2确定的插入位置上，再根据无人机当前可续航半径约束对新航线上任务目标进行检查与删除，以实现对察打一体无人机的实时动态任务进行有效的快速规划。

2.根据权利要求1所述的面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，其特征在于：S1中实时动态任务i_c到达无人机控制中心后，根据察打一体无人机可续航时间约束与当前作战资源约束初步判断实时动态任务i_c是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线l＝{0,1,...,k,...,n,0}，0为出发场点，1,...,k,...,n为按照无人机航线上顺序排列的任务目标点。

3.根据权利要求2所述的面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，其特征在于：S1的实现方法如下：

根据实时动态任务i_c的任务类型、实时动态任务i_c目标位置(x_i,y_i)以及实时动态任务i的作战资源需求量判断实时动态任务i_c是否可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线；

若实时动态任务i_c是侦察任务，则计算实时动态任务i_c目标位置与无人机出发场点位置(x₀,y₀)之间距离的飞行时间度量v为无人机飞行航速；当则实时动态任务i_c可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，转至S2；否则，则拒绝实时动态任务i插入当前已规划的察打一体无人机任务航线；

若实时任务i_c是打击任务，当则拒绝实时动态任务i插入无人机任务航线。当若则实时动态任务i_c可以插入当前已规划的察打一体无人机任务航线，转至S2；否则，拒绝实时动态任务i插入当前已规划的察打一体无人机任务航线。

4.根据权利要求1所述的面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，其特征在于：S2中根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务在察打一体无人机当前任务航线上插入位置的方法如下：

察打一体无人机在当前任务航线l＝{0,1,...,k,...,n,0}上已飞行至目标点z位置与目标点z+1位置之间，且z,z+1∈l；根据实时任务快速插入点定位法，确定实时动态任务i_c在察打一体无人机当前任务航线上插入位置Ins：

5.根据权利要求4所述的面向察打一体无人机的快速实时动态任务规划方法，其特征在于：S3的方法如下：

S3.1：将实时动态任务i_c目标位置(x_i,y_i)插入当前任务航线位置Ins，察打无人机航线变为l'＝{0,1,...,Ins-1,i_c,Ins+1,...,n,0}；

S3.2：计算察打一体无人机新航线l'距离的飞行时间：

S3.3：若 为人机可续航时间约束，察打一体无人机执行新航线l'，并结束；否则，n＝n-1，删除新航线l'上目标点n，并转至S3.2。