·206· 智能系统学报 第15卷 直接加载给无人机设备。 类和数量前提下，充分考虑战场环境、任务要求 任务分配和路径规划是无人机任务规划的两 和载荷能力约束，研究如何将合适的任务在合适 个重要环节，这两个过程是紧密相连的。在规划 的时间分配给合适的无人机，从而为每架无人机 过程中既要考虑燃料消耗、战场环境威胁、飞行 分配一个或一组有序的任务，使得无人机整体作 时间和转弯半径、爬升率等显性约束，也要考虑 战效率达到最优。多无人机本质上是单无人机通 威胁碰撞、任务均衡、攻击序列和目标价值等隐 过信息交互进行协同合作，其中协同川是指在任 性约束。图1是无人机任务规划流程图。 务分配基础上确定各个平台要执行的任务和执行 任务的先后顺序。典型的任务分配模型有基于旅 接收和输入任务 行商(travelling salesman problem,TSP)模型，混合 整数线性规划(mixed-integer linear programming, 数据准备 MLP)模型、车辆路由问题(VRP)模型P)、指派问 题模型及运输问题模型。其中，混合整数线性规 目标分析 划模型具有较强的可扩展性，在任务规划问题中 得到广泛应用。指派问题模型实质上是0-1规划 综合威胁评估 问题的一种特例。 1.1.1任务分配约束指标及问题建模 无人机任务分配的约束指标主要有任务均 战术选择 衡、毁伤代价、飞行距离、消耗成本与规划目标收 益等。其中，任务均衡其目的是实现无人机的负 任务初分配 载均衡，从而降低无人机在执行任务时的损伤 率。任务均衡可分为多个并行任务的均衡和各子 载荷规划 路径规划 链路规划 任务重规划 问题的均衡。图2为无人机任务分配结构图。 无人机N 调整链路、航 无人机2 任务预演评估 路、载荷等 无人机1 N 是否满足任务要求 任务规划输出 攻击任务制 图1无人机任务规划流程 Fig.1 The framework of UAV mission planning 无人机任务规划技术是通过接收和输入任务 追踪任务】 模块接收来自上级的作战任务信息；其次，通过 搜索任务M 信息采集和管理模块进行相关数据准备、分析， 并结合实时情报或数据库中的气象、威胁和目标 图2无人机任务分配图 等，建立约束条件，给出战术及初步任务分配结 Fig.2 Task assignment of UAV 果；然后，由环境建模，对载荷、航路和链路进行 假设有M项任务、N架无人机，每架无人机 规划分配，通过对任务进行预演，评估所规划任 可执行多项任务、但每项任务只能够分配给一架 务的安全性、效能及完成的程度，确定优劣，对不 无人机。任务分配的目标是最优化全局目标函数四。 满足规划要求的进行重规划循环处理，直到所规 划路径达到最佳，最后，按照标准格式输出规划 的结果，并加载到无人机终端平台。 1 无人机分配到任务j 否则 1.1多无人机的任务分配问题 任务分配2-2是运筹学中基本的组合优化问 (1) 题。多无人机任务分配)是指在给定无人机种 式中：∑列≤1保证每项任务最多被执行一次；R直接加载给无人机设备。 任务分配和路径规划是无人机任务规划的两 个重要环节，这两个过程是紧密相连的。在规划 过程中既要考虑燃料消耗、战场环境威胁、飞行 时间和转弯半径、爬升率等显性约束，也要考虑 威胁碰撞、任务均衡、攻击序列和目标价值等隐 性约束。图 1 是无人机任务规划流程图。 接收和输入任务 数据准备 目标分析 综合威胁评估 战术选择 任务初分配 任务预演评估 是否满足任务要求 任务规划输出 载荷规划 路径规划 链路规划 调整链路、航 路、载荷等 Y 任务重规划 N 图 1 无人机任务规划流程 Fig. 1 The framework of UAV mission planning 无人机任务规划技术是通过接收和输入任务 模块接收来自上级的作战任务信息；其次，通过 信息采集和管理模块进行相关数据准备、分析， 并结合实时情报或数据库中的气象、威胁和目标 等，建立约束条件，给出战术及初步任务分配结 果；然后，由环境建模，对载荷、航路和链路进行 规划分配，通过对任务进行预演，评估所规划任 务的安全性、效能及完成的程度，确定优劣，对不 满足规划要求的进行重规划循环处理，直到所规 划路径达到最佳，最后，按照标准格式输出规划 的结果，并加载到无人机终端平台。 1.1 多无人机的任务分配问题 任务分配[21-22] 是运筹学中基本的组合优化问 题。多无人机任务分配[14] 是指在给定无人机种 类和数量前提下，充分考虑战场环境、任务要求 和载荷能力约束，研究如何将合适的任务在合适 的时间分配给合适的无人机，从而为每架无人机 分配一个或一组有序的任务，使得无人机整体作 战效率达到最优。多无人机本质上是单无人机通 过信息交互进行协同合作，其中协同[21] 是指在任 务分配基础上确定各个平台要执行的任务和执行 任务的先后顺序。典型的任务分配模型有基于旅 行商 (travelling salesman problem，TSP) 模型，混合 整数线性规划 (mixed-integer linear programming， MILP) 模型、车辆路由问题 (VRP) 模型[23] 、指派问 题模型及运输问题模型。其中，混合整数线性规 划模型具有较强的可扩展性，在任务规划问题中 得到广泛应用。指派问题模型实质上是 0-1 规划 问题的一种特例。 1.1.1 任务分配约束指标及问题建模 无人机任务分配的约束指标主要有任务均 衡、毁伤代价、飞行距离、消耗成本与规划目标收 益等。其中，任务均衡其目的是实现无人机的负 载均衡，从而降低无人机在执行任务时的损伤 率。任务均衡可分为多个并行任务的均衡和各子 问题的均衡。图 2 为无人机任务分配结构图。 攻击任务j 无人机N 无人机1 无人机2 . . . . . . . . . 追踪任务1 救援任务2 搜索任务M 图 2 无人机任务分配图 Fig. 2 Task assignment of UAV 假设有 M 项任务、 N 架无人机，每架无人机 可执行多项任务、但每项任务只能够分配给一架 无人机。任务分配的目标是最优化全局目标函数[24]。 min∑N i=1   ∑M j=1 Ri j ·si j   s.t. ∑N i=1 si j ⩽ 1,∀ j ∈ J,si j = { 1, 无人机i分配到任务j 0, 否则 (1) ∑N i=1 式中： si j ⩽ 1 保证每项任务最多被执行一次； Ri j ·206· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷