一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統及其方法技術方案

本發明專利技術提供了一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統及其方法，該系統在每個團隊成員中均設置基于行為的控制層、面向角色的決策層以及任務計劃層。控制層提供自動巡航和需要連續傳感器反饋的行為。任務計劃層產生任務報文。面向角色的決策層包括團隊角色表，任務管理器以及態勢感知器。團隊角色表存儲角色信息。任務管理器包括任務列表和任務分配機，任務列表保存初始任務以及在任務執行過程中產生的新任務，任務分配機根據團隊角色表以及任務優先級進行任務分配。態勢感知器根據傳感器信息完成態勢感知并進行環境態勢、自身狀態以及任務代價的事件評估，團隊角色表和態勢感知器的事件評估結果在團隊中實時更新和共享。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于多智能體控制
，具體涉及一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統及其方法。
技術介紹
信息化戰爭中，各種無人作戰平臺在戰場上得到越來越廣泛的應用，從陸上無人車到水下無人潛艇，再到空中無人機，無人作戰平臺能夠充分利用其機動性強、成本低、行動隱蔽性能好等優勢，執行枯燥、惡劣和危險的任務，達到“非接觸、零傷亡”的作戰目標。由于作戰環境的高度動態、不確定性及作戰任務的復雜性，基于程序化指揮和控制的無人作戰平臺對戰場態勢的全局判斷和應急反應能力無法達到有人作戰平臺相應的水平。因此將無人平臺融入有人平臺的任務環境，二者協同指揮共同執行作戰任務無疑將成為未來戰爭中一種新穎的指揮控制模式，該方向研究也得到越來越多國內外學者的關注。針對傳統多智能體協同指揮模式，現有的解決方案主要有以下幾種：方案1：文獻(B Gerkey,M Mataric.A Framework for studying multi-robot task allocation[C].Proceedings of the 2003International Workshop on Multi-Robot Systems.Washington DC,USA,2003:15-26.)和文獻(Atay N,Bayazit B.Mixed-integer linear programming solution to multi-robot task allocation problem[J].Washington Univ,2006.)提出了線性規劃方法，用于解決多智能體任務分配問題。但其運算量隨系統規模呈指數級增長，需要全局信息和集中管理，因而擴展性差，效率低。方案2：文獻(Dias M B,Zlot R,Kalra N,et al.Market-based Multi-robot Coordination:A Survey and Analysis[J].Proceedings of the IEEE,2006,94(7):1257-1270.)和文獻(Zlot R,Stentz A.Market-based Multi-robot Coordination for Complex tasks[J].International Journal of Robotics Research,2007,25(1):578-589.)提出了一種基于自由市場架構的決策控制方法，智能體通過競拍和協商執行多個子任務。由于在不確定環境信息和分布式任務分配問題中的優良性能，該方法被廣泛應用于多機器人分布式目標分配中，能夠在規定的時間約束下得到滿意的多機協同目標分配方案。但是該方法資源消耗多，對通信依賴性高。在資源有限、通信不可靠的環境中難以發揮預期的效果。方案3：文獻(Satterfield B,Choxi H,Housten D.Role Based Operations[M].Springer Netherlands,2004.)和文獻(B.Satterfield,S.Jameson,H.Choxi,and J.Franke,\A Role-Based Approach to Unmanned Team Operations,\in Association for Unmanned Vehicle Systems International conference,Baltimore,MD,June 2005.)提出一種基于角色的無人團隊指揮方式。該方式受社會學與商業管理學研究啟發，使用人類團隊概念，定義責任領域和成員內在關系，適應人類團隊中的任務計劃和執行的協作方式，使無人平臺自然融入到存在人類的團隊當中。但由于其依賴固有的原始作戰方案，缺少完善的態勢感知單元，以及缺乏事件處理規則的更新過程，因而難以適應動態、不確定的復雜作戰環境。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統及其方法，使用該系統及其方法的有人/無人平臺組成的多智能體系統，其處理事件、分配任務和完成任務的過程更加靈活，且更加可靠。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案為：一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統，該系統針對由有人平臺和無人平臺作為團隊成員而組成的團隊進行協同指揮控制，該系統在每個團隊成員中均設置基于行為的控制層、面向角色的決策層以及任務計劃層。基于行為的控制層提供自動巡航和需要連續傳感器反饋的行為。任務計劃層產生任務報文，任務報文包括任務目標、交戰規則以及明確不同團隊成員責任需要的信息。面向角色的決策層包括團隊角色表，任務管理器以及態勢感知器。團隊角色表用于存儲角色信息，角色信息中包括每個角色對應的團隊成員以及每個團隊成員的狀態，其中一個角色對應多個團隊成員，一個團隊成員也對應多種角色，團隊成員在執行不同任務時角色不同；在通信無效的狀態下，依據團隊角色表預測團隊成員的行為。任務管理器包括任務列表和任務分配機，任務列表保存初始任務以及在任務執行過程中產生的新任務，任務分配機根據團隊角色表以及任務優先級進行任務分配。態勢感知器根據傳感器信息完成態勢感知并進行環境態勢、自身狀態以及任務代價的事件評估，團隊角色表和態勢感知器的事件評估結果在團隊中實時更新和共享。進一步地，包含以下步驟：步驟一、在任務開始前，有人平臺中的任務計劃層依據各團隊成員的能力特點，賦予各自角色，基于角色進行初始任務分配，并向團隊成員發布任務報文。步驟二、各團隊成員將接收到的任務報文存儲在任務列表中，并按照優先級原則選取優先級較高的任務作為將要執行的任務；該團隊成員中面向角色的決策層根據該任務類型初始化該團隊成員的角色，生成團隊角色表。步驟二、有人平臺下達開始指令，各團隊成員開始執行將要執行的任務；其中任務中涉及自動巡航或者需要連續傳感器反饋的行為由基于行為的控制層執行。步驟三、團隊成員在任務執行過程中，決策層中的態勢感知器采集傳感器反饋信息，采用BP神經網絡對環境態勢、自身狀態以及任務代價進行事件評估。進一步地，BP神經網絡為BP網絡結構，激活函數為sigmoid函數，該BP神經網絡以傳感器的反饋值作為輸入層神經元，其數量為n，以評估值作為輸出層神經元，其數量為m；節點數量訓練樣本數量節點權值的訓練方法采用學習算法為梯度下降法。有人平臺和無人平臺中預先設置事件處理規則庫，用于存儲各類事件的處理規則，有人平臺和無人平臺依據態勢感知器共享的事件評估結果與事件處理規則庫對比，采取相應處理規則，若一個團隊成員的事件評估結果超出事件處理規則庫的范圍，有人平臺協助該團隊成員完成事件處理。若一團隊成員在任務執行中產生新任務，任務分配機根據團隊角色表以及任務優先級將該新任務發送給其他團隊成員或自身。事件處理規則庫中一個事件評估結果對應多種處理規則，且每種處理規則具有一個采用指數，采用指數最高的處理規則為該事件評估結果優先采取的處理規則；采用指數采用適應度函數進行計算，當采用指數低于設定閾值時，對其進行更新。進一步地，當采用指數低于設定閾值時，對其進行更新的過程具體為：i、在事件處理規則庫中隨機選取兩個處理規則作為父體，每個處理規則被選取的概率是其采用指數的增函數。ii、對于選中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統，其特征在于，該系統針對由有人平臺和無人平臺作為團隊成員而組成的團隊進行協同指揮控制，該系統在每個團隊成員中均設置基于行為的控制層、面向角色的決策層以及任務計劃層；所述基于行為的控制層提供自動巡航和需要連續傳感器反饋的行為；所述任務計劃層產生任務報文，所述任務報文包括任務目標、交戰規則以及明確不同團隊成員責任需要的信息；所述面向角色的決策層包括團隊角色表，任務管理器以及態勢感知器；所述團隊角色表用于存儲角色信息，角色信息中包括每個角色對應的團隊成員以及每個團隊成員的狀態，其中一個角色對應多個團隊成員，一個團隊成員也對應多種角色，團隊成員在執行不同任務時角色不同；在通信無效的狀態下，依據團隊角色表預測團隊成員的行為；所述任務管理器包括任務列表和任務分配機，任務列表保存初始任務以及在任務執行過程中產生的新任務，任務分配機根據團隊角色表以及任務優先級進行任務分配；所述態勢感知器根據傳感器信息完成態勢感知并進行環境態勢、自身狀態以及任務代價的事件評估，團隊角色表和態勢感知器的事件評估結果在團隊中實時更新和共享。

【技術特征摘要】
1.一種基于角色的有人/無人協同指揮控制系統，其特征在于，該系統針對由有人平臺和無人平臺作為團隊成員而組成的團隊進行協同指揮控制，該系統在每個團隊成員中均設置基于行為的控制層、面向角色的決策層以及任務計劃層；所述基于行為的控制層提供自動巡航和需要連續傳感器反饋的行為；所述任務計劃層產生任務報文，所述任務報文包括任務目標、交戰規則以及明確不同團隊成員責任需要的信息；所述面向角色的決策層包括團隊角色表，任務管理器以及態勢感知器；所述團隊角色表用于存儲角色信息，角色信息中包括每個角色對應的團隊成員以及每個團隊成員的狀態，其中一個角色對應多個團隊成員，一個團隊成員也對應多種角色，團隊成員在執行不同任務時角色不同；在通信無效的狀態下，依據團隊角色表預測團隊成員的行為；所述任務管理器包括任務列表和任務分配機，任務列表保存初始任務以及在任務執行過程中產生的新任務，任務分配機根據團隊角色表以及任務優先級進行任務分配；所述態勢感知器根據傳感器信息完成態勢感知并進行環境態勢、自身狀態以及任務代價的事件評估，團隊角色表和態勢感知器的事件評估結果在團隊中實時更新和共享。2.一種如權利要求1所述的基于角色的有人/無人協同指揮控制系統的控制方法，其特征在于，包含以下步驟：步驟一、在任務開始前，有人平臺中的任務計劃層依據各團隊成員的能力特點，賦予各自角色，基于角色進行初始任務分配，并向團隊成員發布任務報文；步驟二、各團隊成員將接收到的任務報文存儲在任務列表中，并按照優先級原則選取優先級較高的任務作為將要執行的任務；該團隊成員中面向角色的決策層根據該任務類型初始化該團隊成員的角色，生成團隊角色表；步驟二、有人平臺下達開始指令，各團隊成員開始執行所述將要執行的任務；其中任務中涉及自動巡航或者需要連續傳感器反饋的行為由所述基于行為的控制層執行；步驟...

【專利技術屬性】
技術研發人員：方浩，陳杰，張浩，
申請(專利權)人：北京理工大學，
類型：發明
國別省市：北京;11