测 控 遥感 与 导 定航位
基 于
分层 处 理的 无 人机 任务 规 划林
海 ,王 静 ,王 文涛 马 培 博。 ,
( . 装天 局津综 合 处, 天 3 0津6 ;1 海 00 1
.2国人中 民解放 驻军 北京路铁 局军事 表 代室北 办 事处 ,北京 京0 1 0; 0 5 0 3 中.国电科 技集子团 公司第五 十 四研究所 ,河 北石庄家 00 8 ) 50 1
摘 随要 着 人 机 无 现 在代战 争 的 中作用 日 趋 重 要, 对 无 人 任 务机 规 的划 研 究 也越 来 多越 。 根据 无 人机任 务
规 划 涉及 内的容 , 分 了析它 的 要 求 包和 含 的主 要 功 , 能 给出了 任 务 规 划的 处 理 流 。 任 程务 划 涉 及 规 的因素 复 杂繁 多 所,以 用 分 采层 处 来理解 决任 务规 划 问 ,题 并 利 用 类聚 算法 和 遗 传算 法 解 决目 分标配 和 航 路 规 2划个核
问题心。
关
词
任 务键规 划 ;分层 理处; 聚 类 算 法; 遗传 算法 T31 1P 献标文识 码 A 文章 编号 10 — 03 0( 00 —0 —3 0 0 13 2 61) 5 6 0
4中图分类号
UA
V si oa n n s do li g P r c isg M s i nP ln i g a B e n Si n o sn ecU
NHa, W NGA i , gW AG N ea. , MA ib i n 2 W J tonPe o_( . a qa mi n e atn ,afT u e o nuertdfc ,O Ⅱ 死 001 hn 1 vNl ue t pr t nn Bi arfI aetf e E pD e m ig in 3 6 ,0Cia; 2eeps“6£ m rn iB n laa uu,T eOec . oPl ’e Amni eigR yiy rBj w a fh o leaRpye aie f cn fMiitr ern t e O efB ,gBj g1 00, iaC ; st vi ien 0 05 i hn T3 4hRs a ntueco CC , iaS h gaHee 0 0 8, Ci ) . 5h t er Ist f Et Tee hi ihzun b i 5 10 hn j
Aa t bat Be a s f t ie ot nef UAV nm e or ae mo,e ad mo e o wk sr ic uce o hm parc o d m waif rr n r r nAU s iVn l pn
i h s gpe rd. T s mi s o a nn a pa ae ih
pp ra ay e h q re n ai d ae n l zs t e u emret n an fmn to s UfA Vmsoi pa n in u cni o si ln ni, ga dh op es n r c rd rs gv n.M io sp an nn e tc s irg po e u ae eiesi nl n i gv ile n c m e p a r t , S irr chl rc si gta ey sa o t o sdle t Me ov rt l see loi n hov sm y o lx fa c s oOa h e ac a p oie s nsrgt i d pe t ov .iro e, hc tu ag r m r dae e itn g ntc l io he aue trne lo ia n ot nn a e piecy .g ratmr d siag t lact n a diu e pn lgr s i etv l oKe
rs mis o ln i; sig g p i e so ny owd isnp nn acl n r sc i g ; u tcr a rgt m ; g n t o ill es lo i he e aig r tc m h
引言 0
来 未争 中 ,战高 技术武器 装朝备 着信息化 、 确 精
信通 间范围时、 带的 燃油量、 携 各地面站 的位置航和 路 计划 航 。路划 计括包 发出 地 点 、地经 、点途 目的地 点 的 置位 息信 、 飞高行度 度速和 要 到需 达的间时段 。 任务 划 一规包 含 的般要主 能有 功 :正确 收 接① 级 的上 务 任 指、示 , 解 、 保析 和管 理存上级 命指令示 ; 显②示任 务 区域内敌 方 雷 探 测达 围范 炮,、 弹 火
导化 隐、化身和 无人 化方向 展 ,发 典型中 代的 就是 表其无 机 。人人 无机具有 良好 隐的 性 身 能 、确的攻 准 能力 、击轻 便灵巧 机身的 , 并 且可 以减少 场 战对作战人 员 直的 接 害 伤。 为了 高提 人 无机 的作战 效能 , 需要
行无 人机 任务进 划规。 无 人机 务任规 就 是 接划 到 上收级 任务 后 先, 预
分
和威 布范胁围 , 提供 方可我 用 人无 资源机、 部 队
署情 部况 理、 、 信象 息的查 询显 示; 辅 助分析目 地 ③气
前战 场 环 境 和 势态, 考相 关 历史 侦 察计 划 , 可析 参 分
规
无划人 如 机何 行执这 任务 , 些 且
尽 可 使能无 人 并生存 机概率和整 体效 能达 最到佳 。 它括包 任务 执行 间时 围确范 、定 位始 置选择 、带 备 选 装 择 起、 携目 确标 定 飞、航 路行 定 以及 确些 一需考 虑 要问题的 ,如 任务覆 盖范 围的地形 状况 气、象信息 和 胁威区 域等 。
能
发 生 的 时间、 和 间 资源 冲 突; 供合理 侦 察 目空 提 标、 理 备 装择 等选能功; 制在定 路 计划 时 ,航合 考 ④虑对
信 息 、 方气 、天地 形障 碍 飞和 机性 约能 束;在
航⑤ 规划 后路 ,辅 操 助人员 修 作改航路, 能最终 成生合 理 、善的飞行航 ;路生成 侦 察 划计, ⑥完 供 提各 个 给参 战 无人 机的。
1
任务 规 要划求 和 能功
任 规务 划满 要 实足时性 、 大 存生性 和 机飞 最自 身性 能约 束, 且 需 要 有 规 划 能重力 。规 的划结果
并 可是供无人机 飞 的行计划 括采,用 的 通信 式 方和 包
3 2 R1 i ga ne i g V o 0. o 5 N 060 d oEn i enr 1 4 .
2任 务 划 规 理处 程 流任
务 划规 任 务由理 、 解 胁评估、 任威 分务配 、航 收
稿期 日: 000. 6 21. 0
2
测控 感遥 导与航 位定 路
规 划、 路航 优化和 航评 路价等 组 。成其处 流理程 子 问题, 在不 的层 次 同上关 注 和处理 的 题问细节 不
开 始 接 收上于级 发 的任下 务、 令 ,命 先 对首 任务行 进保存 ,查 供 和显 示 。阅 后然 辅 操 作 助 员人进行 任
务提理解 ,分 析任 务执 行的 时 间 范 、 围理地区域 , 务 任 所 包含 的 标目个数 ,各 个目标 的 置 、位 重 程度要 等 状
况。根据 务任 涉及的 域区 查 询并 显地 形示 概 况、 敌
同
而,将任务 规划问 题 杂 复而众 多的 约 束件 按 条
从照抽 其层象 次 分 到散不 同 层次 的子 问 题 ,降低 题问 的
度 难 。
图如2 示 所, 先首在 最层根 据高 上级命 ,令析 分 任
务 包 的 含目标和 有 所 用 的可无 人 机 资源 出 , 得
目
方弹 、 导火炮 、 达 分 布情况 及 气 象 信 息 ,雷为 路 规航 划 提威供胁情 况依据 。 其 进次行 任务 分 配 ,在 个这过 程 里 提供 可用 的 无 人 机 资和源降 落点 的 示显, 助操 作 人 进员行 载 辅
规 划 、 信荷规 划 和 标目分 配 。载 荷规 划 包 括 携带 通
标
配 结果分 2层 根;据 天气 情况 和 无 人机 性 制 能第
携定 的装带 备类 型 ( 摄 像机 ) 和如 通 信计 划; 第1 在
层 察侦 目 标分配的 础上基 3层,处 根理 据 理地 状第
况和敌方威 胁信息计 算出 优 的最行 航飞 和路带 携
燃的 油量; 最底 对 层个 飞单航行路进 行优 化 其满, 足使 人无机的 动 态约 , 速束度 、 小 弯转 径 等 ,半 如最 最后 得 满 足无到 机 动态人性能 约 的飞束航行 路。 考 虑 因
第'素 层 生成 结 果
的传
器感 型 类 、像摄 类 型和机 器装武备 类 型 等 规划 ,装备 工作 时间及 工模 作式 , 时 需要考 虑 气象 情 况同 对 装备的影 响 度 程。通信规 包 划 括执行在任务 的 过 中 程 ,要据根 场 情战 况的变化制定 一些 通信任 务, 需 改 和变任 务制 站之控 间通信的 方式 等 。 一下是步 路航 规 , 划标目分 配 的基 础上 , 根据 在 威胁情源 况、 人 机速 、航 无飞 行度高 围 、 燃油范 和量 装性能 备定飞行航制 路 ,请申 信通障和气保象保 障。 并 航路 规 划 成后完 系统根据无 人 机 行 的飞最小 拐 角 和
最 大 爬坡 能 力对 航 迹 进行平 顺 处 理, 定 出 适制
2层 第
3 层第
合无人
机 飞 的航 行 路。 后最 生 计 成 划 发并送 , 整
处个理 程 如 图 流l 示 所 。接收
任 务任 务解 理威胁评估 务任分配
第 4 层
图
2 任务规 划 分 层处 理
采
用 层分 处 理 ,时 下层的处 理 依赖 层上 处 理的
保
存
』』蓁萎f f J囊』J} 茎I {萎J霎 星fJ f f 载 荷
规 划
果结, 下 层 处 的理结 果 又 可 以 馈反到 上 层 , 判 而来
断用上 处层理 是否合 理 , 层间 的影 响可 以跨 越 间 各
的中 理层处。 1 第第和 2 的层处理更侧 重于 操作 人 层
员的决 策 ,据我 方 资源和 对 情 况 方进 行统一 分 配 根
生成
划计 — 一— 路平航
顺
—_|
航路规
划
规划 , 3层 和第和 层4 处的 理更 赖 自动依计 算 的
第果 结 考虑, 素 的范 因缩围小, 并 以可根 下层据的 结 果 来修正上 层的决 。整 策任 个务规 划过的 是 一个程迭 代处 理的程 过, 最终获 得 满 意的 果结为 止 。 层 处 理分方法 可在以 不同 层的 次上 关注不痢 的问题 问,
题 涉 将 的及因 素 进 行抽 取 简 和 , 少 化计 了 量算 ,高 减 提
保
发
送
存
委
图1 务任 划规 处 流 程
3理基 于 分层 处 理 实的现 方 法
由于 任务 规 划 题 的问复杂 性 任何 ,种 一法 算 无 都法单独完成 个整任 务规 。任划 务 规应 划在分 层该
处理 基 的础上 , 段 、 区 域 地将 多 种 规 方 法划 综合 分分
计 了结 算果 的 时性 实,可 以考 虑 不层 同次问 的 相 互影又 响 ,结合 人 工 理处 和自 动算计各 的优自点。 并
3 2
采 用 聚类算 进法 行标分目配 .
任 务包 含当目标数 量 比 较多时 , 架 无 人 机无 ~ 法 完 成任 务,要 多无架人 机 同配 协合成 完务 ,任 需 就
出 了现目 标分配 问题。
利用
, 任据务 戈 的规要 求 ,地结 机合各种 法算来 根0 有 完 成 个整 任务规划 。 3 1
分层 处 . 理
目标 分配 需 要虑考任 务 包 含 的标目 数 、量目标 位置 、重要性 可、用 人无机 数 量任和务要求 的时 长 间 短。 常通 目 分 标配 人 工 由 策决 行 分 进 , 配标目的 在
分层 处
是理 将任务 划规问 题 解 分不 同层次 为
的1200年 无 电线工 程 第 0卷 4 5期第 37
控测遥 感 与 导 航 定
位要 重性相 近 ,时以根 据目 标的位置 息 采信用 类聚 可 路 划规, 包 如括设何计 编 码 、传 子 算、应 函数 度遗 适 和终 止条 件 ,对标 准 的 遗传 算法 行 进改了进 。 并在
算 法进行目标 分配 。 聚 是类 按 照指事物 的自身 性 , 事属物聚 集 把 成, 使类 类的相 问 性尽 量 似小, 内 相的 似 性尽 量大 。 如 图类3 示所, 侦察 任 务里 含 的包 标目有 l在7 个, 根 可据 用无的人机 资源 任 务和要求 的时 问范 , 围定 决 采 用架无 人 机2执行 任 务 ,标目 分配 结 的 如果图 3 所 ,示条 直将线目标 为 分2分 。 一 部
利用传算遗进行法航规划路 时,了 避免 现早熟出 收 为 敛现象 ,增加种群以规和模 遗传代来数 决解 。用 利 可突操作变 可以 免避计 结 算果的局部 优 。最果 如计 算 大、量计算 时问过 长 , 以提 高 叉 交概率 减来 计 算少 可
间。采时用 传遗算 法行航路规进 ,划 免了 航路规划 避
过程
中考 虑多 众因素产生而的大规模 计 算题问, 足 满
了 实性 ,时 且可 以 获 取 近似 优最的 飞 行 航 路。并
利 用在传遗算 法制定无 机人 飞行航 路未考虑时 无 人机的 飞性行能 约束 如, 转半 径 弯约 束 和迹 航 倾角例 约 等 ,束需要 对遗传 算 法算计得 的初 出始航 路
行进光顺 理 处 成,可供 人无机 行飞的 路 , 航形 即 航路 上 每点 一 处曲的率半径 都 于大无人 机 的 转弯半 径。
常 采用方的有法3 次样条插 法值 和B样条插法等 。
值 图 目标 分 配 3 例示
在进
行 多无 机人协 同 路航规 划 时, 要进 行 冲 需 突检 测 2,条和 2以 上的 路航 相交时 , 当 需要条 测 是检否会 出一现架以上 的 机在飞同一 时 间 至飞同 一位 置而相 撞 可的能 ,果 在存 ,需 进行要 冲突消 解 , 则 如 常 用的 消解采 略策是在冲 突位 点置不同 的飞机以 不 同 的 度高 过通。 在任务包 含 的标数目量 l有 时 , 7 个采 用2架 人机执无 行 务任 ,用 传遗算 进 行 航法路 划 的规果结 利
如图 所 4示 ,心 圆 示 表敌方 威 覆 盖胁 范围 算 , 航 实 路 时计需 避要这开些 胁威 区 。域
3
3 于基遗 传 算 的法 路 航规划 .
路航规划指 起始 置和侦 察 位目 位 置确定标后航 路择 选的问 题无 。人航 路机 规 划题问 质 本多约是束 条件 下, 目 标 数 函 极求值 的优化 问题 。规划 出满 多 足 任要求 、务安全 等性 束 的约较 航优 路 。 航 路规 划 学 数 模型 : n个 目标定, 求无 人给要 机从 基地出发 , 任 务 含 的 目包标进行侦 察 , 对成完任 务后无 机人必须 回到出发 基的地 。即要 寻找一 求
够遍条历所有 目 的标 路 径,且 使 得 无人 机 的 飞 行代 并 价 总和最小 。假设
S=(, … ) 目集标 合 , 。 是 表 示 个 n标 目, ,() 示标目 点和 间 的 离距。 d i 表 无 人机航路 规 划的一 个可解行可 以描述为寻找 一 个 有 目所标 的序 排 :
=
(
1 … y,,O , 0y ) n , 2X )y ( i。
( 1
) 中 ,式为 行飞 路航中 过 经 的标 ;目 为无。 机人出
发
的基 地; E{ , 2 1X … ) i 时 ,, ≠ “y ≠
航 路规划 的结果 可 以 描述 如 下 :r
i厂 ) ∑ d(, + ) n ( = 。
I
图… 航4路 划规 不 例
航路规 划 是 一个复 杂 的过 程 , 不能 完全 依计
赖)(2
算 机自动 算计的结 果, 工 处人理 包 含 了 的人知 识和 经 验 ,些信 息很这难 包 在计算含 机 处的 过程理 中 ,而 因此 利 用遗传在算 法 进行 航 路 规划 基础 上 ,的要 需 结合人工 处得理到更 优的 飞 行路航 。
式 , + 中 = (,) 式 ( )述的 解 范 中围 的 。 。 式2 是 描1
一
个最 解优。
无人 航机路 划是 规个 N一 P难度 的组合优化 问 题。 目 前 ,此于 问类 通题常 采 用A 对 法 算、神经 网 络 、传 法算、 拟退 火 蚁 和算 群等法求取近似 最优 遗
模 解。但 是,这 些算 法 在求 解 NP 度难 组 合优化 问 题
,时常存 在熟早收 敛、 算 时间长 、 易 形 局成 部 通 计 容最优 等问题。
4
结 束 语
无机在现代人战争 中 作的用 日 重趋 ,要 规划务 任 可
以提 高 无 人 执机 任行 务 的 全 安性 时 和效性 。 对 航
传遗算 法 是 于生基物 进 化 机 的制随 机 搜 算 索
。法 文 [献] 细 介 了绍如何 使用 遗 算传法进 航行 详23
2 1 R d o Eg n ieg V o. 0 o N 5 0 80a i n i ren 1 4 .
路
划规的 要功 能 主 、理 处流程 行 进分 了 析,将 聚类 并 算 和遗法 算传 法应任用务规 划 的 过 程中 。 务任规划 内容的研 究, 提高 无人机作战效有重能意 义。 对要
测
控遥 感 与 导 定 位航 参
考 文 献
Am ae nr lC n e e e. 0O: 6 — 3 . n8cn Co t o f ncr o23 4o 6
[ 柳 ] 长安 , 和 ,平为吉 人.机 的 侦 察航 路规 划 ] [ 西1 李 王 无J.
北工 业 大 学 报 学0 3 2 ,( 4 0)— 34. 02, 14: 99
『HD E RPR, S S E , A }E MR. A orpt e5 IANL RAU S SNP Cn U V oCea vC i P t lngi A JI,NC21 A e ,r vO, O aPha n In . AG O 1Dne c O 2. M3 31
RAA 0G. n an id C b tmA r V hc eC nr la d l B6B T U ih b o ati e li o st n e o
[ ]
唐
2
琳 ,荣德 , 蔡黄
.猛 改 进于 传 算遗 法 舰 的船路 径 基
D
s sfl r Sprs n io nm Aiy D fn e【 .S ipa oR pes u f E e r e ess JC E yo JI
C ae G y 2o1 () 1 A t w , 0 0. la :12 一 l 4 .
规划 [] 算计机 工 与程 计 设,093 ( )1 5J. 02 ,60: 24—15 . 44 [ ]董 世友 , 国庆 ,小平 人 . 航机路 规 划 的 究 研[ ]飞 3 祝 龙 J.
无行力 学 0 ,, 3 :1 2 4 2 42 () 2— 2 .0
作者 简介 林海
男
,7 196一)(工 程 师 主。要研 究 方 向: 能 信 处 息 、理, 智
]B [ O FRS.Aa l ngf A CS.rc e if 4 O ThF
tPp i n r V[ ]oedP g e h a n o Un o
t
卫 应星 用 技术 。
(
第接 上 62页)
,时 8=3 l, 5 s 采取 保 护= 3 - ,n能使 设备有 较长 的步同保 持时 。间
64年 以,在 3 所
从 图中可 见,只有 延 时器及 Ⅳ位 移 器 电路位工
于作输 人 的 速高时 钟, 于F 触G发 器 翻转 速 率 由 A
P实
系际 统中 取 帧采 护保, 即 使信号 误 码率 大 较时 也
极 ,快可适 应较高频 率 , 分部通 过部 布局局布 线实 这 高现 工作速 ,其他 电均路可 工 在作比较 低 的速 ,率 速 率 根并据行 路数 而定 , 钟 利 可 F G 内部 时 用 钟 低PA 除 法路电 实 , 降速 工现 作 使F G P的 工A作 稳 定 性 得
提高 到。
在实 系统 中 , 际 步时 同 及间 同步 续持 间进时 对 行 测了 ,试 用在发 帧 送中插 入记帧值 ,数送 端开 采 发 始 发送 时把 帧 记 数值 置为 0接 收 端同 建步 立 后 记 , 数录据 , 收到 接的 一 帧第 数 的 记据数 字节 读 取 记 从数值
同, 时步 间T =wNc × L× 8, 帧长 时 T /厂 ( =L Lf×8 v , )
一
/
4性能 分 与析 试测
核 同考 性 步能的 主 要 指 有 ,标均 同 步 捕 时获 平
为 同步时 间
, c 步建立 后 同 收接第 到 ,v
帧数 的 帧据 记 数值, 为 帧 长 , 帧长 字 以节为 单
位
, 字 节 每8bt为 数 速率 。在 据=l 时, i , 测0 得 数记值分别 为2 3 22 23 22 4 2均平 步同 时,,,,,,,,,,
间 : (+2+3+2+222++32+++4+2 / 2 0 ( )1 )*
间
,同 概率 步 假 同,保步持 时 间 。 均 平同步 获捕时 与帧 间 、 长 据率速 、核次 数 校数 关 有 在。帧 长 = L1 2 t, b 速据率 = 04 e y数 03 M p, 帧长 时T=L v= 2 .校 验 次s数 = a0 b sL /73 , 次 时 ,3据 平 均 认 同 确 时 间 公 式 步 =T(一 根 w a 12 ( 虚 略 概漏 率) 计 算 平得 均同步 间时为 / ) ,
忽 6 2“ s8 .。
:7 T9肚 ,.L 0 9 测试s 是 有在噪信 道 测 试 下 ,于由存在
警虚 率概, 得的数 据 与根 据 公 【 忽式略 漏虚警 计 测2
算 得
数据到 比 , 相同 步 时间稍长。 在 信 P 号:1e 时 用 误码 仪测 试同 步保持 时 0
,间 长 连 续 测试 时间 为 9 未, 出 现 步失
。 试测 最 6 h 均
除
此之外 在有 噪声信 道, 上传 数据输 时 ,了避 为 免假 步 , 同用帧 步校 验同 方的法 , 即连采 续 在 帧同 步 码位上 核实 ,验校次 数 与出 现帧假同 的概率步为 :
数据 与
析 计 算分数 据 相 近 。 因此采 用 并 行 同步处 理 同,信 能不步恶 化 帧。
。 )(。
式中 。, P为校核 数 次为 时假 a帧 定位 概 ;率a为 校
核次 ; 数r 帧 为步同字 的 长 。可 度 ,见用 帧 同步 校
采
结5束 语
在FG 采上 并用 行 理处的 代 价是 资 源 增 PA的
加,
因 在此高 速帧 同步 路电 设计 中采用 部局 并行处 理 , 在 加资增源和 降 速低率 之 间取 均 得 衡 样, , 这可 降低 速高 路电 时序 整 的难 调 ,度 芯高 工片作 稳 定 提 性, 利于 FG有 P 综 合A实 现 。以上 所 帧用同 电步路
已 用应于某 项目。 中
参考 文献
比加核 帧长定位 有效更 【
。 同步帧 电 的路平 同均 步 间时 是也重要 的 标指,
有 噪在声 信传道输 数据 , 果不 时取 采保 ,护 如帧定 位
码 一 旦有 误 就立 即 步失, 步 概 为 P r 率 它失 Z ×P ,
◆| .
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作 者 介
若保简 护数帧为 , 均 失 间步隔为 I 平 2: ]
:/ Tr 。 L (p )
同步
字 长 r 帧 2长 时T = 2 .s帧 长 输 速/ 3=, L 7 3(传 率) P =1~ , 采 取 保 护 , :8 3s 采 取 保 ,e护0 不 5 ,
陈
燕
女,16 ( 97)一中 国 电子 技科集 团公 司第 十五四 研 究 所
,取 =6 ,
80 6.小 时, 若 =1 ~,采 取保 护 0
不高
工程级师。主要究研方向: 高速数 传据输术 。技
2 10 0 无年线 电 程工 4 第卷 第05期 3 9