基于次优理论的移动目标群编队分配

2020-11-02陶中韬杨绍清

电脑知识与技术 2020年25期

关键词：编队

陶中韬杨绍清

摘要：编队作为一种任务执行的基本单位，组成编队的成员的路径规划和任务分配问题是编队形成研究的重要内容，该文提出了编队形成效果的重要影响因素，给出了编队的正式描述以及将成员分配给编队的方式，考虑了影响分配质量的主要参数，确定了分配质量的标准，并给出了能够将不同功能分离的近似方法。通过实现次优分配的相应算法，给出了分配问题的近似解的一般方法。最终给出仿真结果，证明了方法的可行性。

关键词：编队;分配问题;次优理论;队形建立;搜索深度

中图分类号：TP301.6 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）25-0009-04

Abstract： Formation is the basic unit of task execution. The path planning and task allocation of the members who form the formation is an important part of formation research. This paper presents the important influencing factors of formation， and gives a formal description of the formation and assigns members to The way of formation， and considering the main parameters that affect the quality of allocation， determine the standard of allocation quality， and give an approximate method that can separate different functions. By implementing the corresponding algorithm of sub-optimal allocation， a general method for the approximate solution of the allocation problem is given. Finally， simulation results are given to prove the feasibility of the method.

Key words： formation; assignment problem; suboptimal theory; formation establishment; search depth

1 背景

编队是指能够协作活动的一组自主移动对象，通过构建这种形式，其成员能够在任务执行上解决更多的问题，并有助于最终任务的成功完成[1-3]。编队成员的数量，编队成员相互的位置关系，编队的战术目的，在编队中的优先级关系等问题是在进行编队的组成时需要考虑的问题。大量边际条件的存在会引起多约束条件的优化问题。针对这种问题，通常通过可定量表达的特征来形成最佳的决定标准。此外，不同标准常具有不同的度量，因此有多标准约束条件的问题开始变得复杂[4-6]。

编队的合理规划对于有效地进行监视和巡逻，避免碰撞以及编队成员的安全地全自动行动具有重要意义。本研究旨在得到创建编队时快速解决大量编队成员分配问题的方法。编队成员通常具有不同的目的和特性，在多种情况下，寻找不是最优而是接近最优的分配方案是可行的。首先，在很多情况下对于大量目标对象寻找最优解，因为其本身的严格性和时效性，往往不具有实际应用價值。其次，由于解决分配问题的参数有些是完全主观的，寻找最优解也并不合理。在这种情况下寻找次优解决方案往往要容易得多[7-10]。在本文中，次优与最优在约束上的差异在于分配的集合改为整体的子集和将非线性最优准则用简单的可分离加性函数进行替换这两点。

2 编队功能形成的具化要求

编队的一个重要特征是其中每个位置的功能价值。由于编队成员所面临的问题复杂多变且涉及不同的种类，通常编队中的每个位置都有其明确的功能。还必须考虑到编队中的位置具有不同的重要性。有些地方必须由某编队成员占据，并且这些编队成员在功能上必须最大限度地与该地方相对应。因此，编队中的位置通常具有不同的优先级。因此有必要开发一种利用分布在空间中的零散成员来填充编队中位置的方法，并通过编队成员与占用位置的最佳功能对应，编队中位置的优先级，编队成员的初始位置和方向，编队成员到达该位置所需能源这4个约束来考虑问题[11]。

将假设n是编队成员数量，m是编队中的位置数量，每个位置都有其自身的功能。认为每个编队成员都是功能性的，且具有足够的多功能性，可以执行不同位置所需完成的任务。为了刻画编队成员与编队位置的对应关系，将每个编队成员按顺序排列：

其中[aij]确定第[i]个编队成员执行与编队中第[j]位相对应功能的顺应程度。假设对于任何[i]和[j]，[0≤aij≤1]。这样向量可以根据编队成员的战术和技术数据或专家估计来形成。同时编队位置也具有优先次序。假设编队中的位置必须具有不同的优先级，即在该位置拥有编队成员的重要性。同时编队中的位置按优先级从高到低编号。如果某些位置具有相同的优先级，即将相邻的数字随机分配给它们。因此，如果[j1

编队成员的收到指令时的状态应满足编队的需求。所以，一方面需要预先知道由一组编队成员组成编队并执行任务的资源成本，另一方面要知道每个编队成员的所具备的资源。因此，可将编队的创建简化为将编队成员分配到具有多个限制和多个优化特征的位置的问题。

3 确定影响分配质量的参数

3.1 位置分配质量标准的确立

5 结束语

本文提出了一种基于次优理论的编队成员自主组成队形方法，该方法可确保在可接受范围内接近最佳解决方案。方法与最优性的偏差是由于通过可分离的加法功能逼近最大功能且将任务简化为单个标准，以及寻找非整体而是其子集的可接受的分配。

该方法显示出足够高的效率，这使其可以在大量编队成员的条件下实时使用。尤其是在已经形成的编队中重新组织或补充编队时。同时该方法也可以向更多成员的群体进行推广，在理论上同样成立。

参考文献：

[1] 冉华明，熊蓉玲.空战中机群编队分层优化算法[J].航空学报，2020：1-9.

[2] 孟光磊，周铭哲，朴海音，等.基于协同战术识别的双机编队威胁评估方法[J].系统工程与电子技术，2020：1-12.

[3] 韩维，吴立尧，张勇.舰载战斗机/无人机编队飞行控制研究现状与展望[J].科学技术与工程，2019，19（36）：73-80.

[4] 王鹏宇.飞行器编队网络测距技术研究[J].遥测遥控，2019，40（2）：22-30.

[5] 刘流.多机器人协调编队控制的设计与实现[D].南京：南京理工大学，2019.