无人机分布式任务规划技术研究

论文摘要

多无人机协同任务规划是充分发挥多无人机优势、使任务复杂性与无人机能力之间保持良好协调性所必须解决的关键问题。本文将多无人机任务规划作为研究对象,研究了任务规划系统的结构,给出了新的任务规划系统结构和多无人机多任务分配、重分配方法。首先,研究了多无人机任务规划系统的内容和结构,提出了完全分布式的多无人机任务规划系统的概念,建立了基于MAS （Multi-Agent System）方法的完全分布式多无人机任务规划系统的结构模型。其次,针对与完全分布式的任务规划系统相适应的完全分布式多任务分配方法,重点研究了基于合同网和MAS方法的多无人机多任务分配方法,提出了基于MAS方法和改进合同网的拍卖方式的多无人机多任务分配方法。进而,提出了基于任务分配结果并重复分配过程实现任务重分配的思路,设计了任务重分配方法。建立了分配过程中的通信模型,通过对KQML（Knowledge Query and Manipulation Language）语言的扩充改善了改进合同网的通信效率。实现了完全分布式的任务分配和重分配。最后,仿真验证了任务分配和重分配方法的可行性。仿真结果表明,这种任务分配和重分配方法快速有效,重分配方法对动态环境有很好的适应能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外应用与研究现状
• 1.2.1 国外应用现状
• 1.2.2 国外研究情况
• 1.2.3 国内应用与研究情况
• 1.3 论文的主要工作
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 无人机任务规划系统
• 2.1 引言
• 2.2 无人机任务规划的内容与含义
• 2.2.1 任务分配
• 2.2.2 路径规划
• 2.2.3 有效载荷规划
• 2.2.4 数据链规划
• 2.2.5 紧急回收计划
• 2.3 任务规划系统的分类
• 2.3.1 按规划规模分类
• 2.3.2 按规划对象分类
• 2.3.3 按规划方法分类
• 2.4 分布式的任务规划系统
• 2.4.1 分布式系统
• 2.4.2 利用Agent 技术的分布式系统
• 2.4.3 基于MAS 方法的无人机任务规划系统
• 2.4.4 部分分布式和完全分布式任务规划系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 完全分布式的多无人机任务分配
• 3.1 引言
• 3.2 合同网
• 3.2.1 合同网的概念
• 3.2.2 基于合同网的任务协商
• 3.2.3 合同网的不足
• 3.2.4 多无人机MAS 系统的特殊性以及合同网的改进
• 3.2.5 基于改进合同网的任务协商（拍卖）
• 3.3 任务分配的规则
• 3.3.1 分配模型的结构
• 3.3.2 负载系数的引入
• 3.3.3 利用负载系数对合同网任务分配过程的改进
• 3.3.4 任务效能的计算
• 3.3.5 任务拍卖胜出者的选择
• 3.4 通信机制
• 3.4.1 通信模型的建立
• 3.4.2 基于KQML 语言的合同网协议通信
• 3.5 本章小结
• 第四章 任务重分配及任务序列安排
• 4.1 任务重分配
• 4.1.1 任务重分配触发的条件
• 4.1.2 重分配的流程
• 4.1.3 重分配优先级的设定
• 4.1.4 重分配过程中地面控制站的作用
• 4.2 任务序列安排
• 4.2.1 任务序列安排的作用
• 4.2.2 动态规划
• 4.2.3 任务序列重安排
• 4.3 完整的任务分配/重分配流程
• 4.4 本章小结
• 第五章 仿真实验及分析
• 5.1 任务分配方法的仿真与分析
• 5.2 任务重分配方法的仿真与分析
• 5.2.1 有UAV 退出的重分配
• 5.2.2 有新任务加入的重分配
• 5.2.3 有新UAV 加入的重分配
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 进一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文