多无人机协同任务规划研究化.pdf

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1、参赛密码（由组委会填写）“华为杯”第十三届全国研究生数学建模竞赛学校上海交通大学参赛队号102480581.陆宇队员姓名2.周泽华3.周涵参赛密码（由组委会填写）题目多无人机协同任务规划摘要：本文以最优化理论为基础，研究了多无人机协同任务规划问题。首先，通过两元素优化算法（2-opt）和基于贪心策略的覆盖法，求解了多无人机协同侦察问题（MUCRP），制订了FY-1型无人机完成所有目标群侦察任务的最佳路线和无人机调度策略；其次，基于协同侦察调度策略，制订了FY-2型无人机的协同通信调度方案，并通过定量分析，证明了提出的协同通信策略的可行

2、性；再次，采用最近邻贪心算法和基于协同攻击的覆盖法，将FY-1与FY-3型无人机的协同作战问题转化为两步优化问题分别求解，保证了攻击方无人机滞留在防御方雷达有效探测范围内的时间总和最小，并给出了完成规定火力打击任务的规划结果；接着，通过提出巡检待命无人机的设想，解决了基于防御方部署远程搜索雷达情形下的协同作战问题，并给出了巡检待命无人机的调度策略。最后，结合整个建模过程，对算法复杂度和无人机作战能力的提升作了定性分析。问题一中，分三步求解了多无人机协同侦察模型MUCRP。通过对比两元素优化算法（2-opt）和蚁群算法（ACO）的求解结

3、果，发现考虑最短路径和运行时间时，2-opt算法处理MUCRP效率更高，并得出需选择2台加载S-1型载荷的FY-1型无人机进行侦察，其最佳路线见文内图1。在此基础上，采用覆盖法得出，需选择1台加载S-2型载荷的FY-1型无人机进行侦察，其最佳路线见文内图2。最后通过求解时间差优化问题，给出了FY-1型无人机的综合调度策略（见文内表6）。最终求得FY-1型无人机滞留在防御方雷达有效探测范围内的时间总和为11h54m11s。问题二中，基于问题一中的侦察调度方案，制订了两台FY-2型无人机协同通信方案，其航迹见文内图8。理论分析表明，在此方

4、案下两台FY-2型无人机的飞行时间均小于8小时，于是为完成问题一的侦察任务，至少安排两架FY-2型通信中继无人机。问题三中，将协同作战问题转化为两步优化问题，并分别建立了数学模型。第一步优化保证攻击方的无人机滞留防御方雷达有效探测范围内的时间总和最小，需首先打击防御方雷达。理论分析发现，必须挂载D-1型炸弹对雷达实施打击。通过最近邻贪心算法，给出了打击所有雷达的FY-3型无人机调度方案（见文内表8），并求得攻击方无人机的滞留时间总和为4.7h。第二步优化是将没有配备雷达站的其它所有目标1点在最短的时间内打击掉。结合最近邻贪心算法和基于

5、协同攻击的覆盖法，给出了打击剩余所有目标的FY-3型无人机调度方案（见文内表9、表11）。问题四中，基于防御方部署远程搜索雷达的情形，提出安排巡检待命无人机的方案。理论计算发现，巡检待命的无人机必须携带D-1型炸弹。同时针对远程雷达的两类开机时机，分别给出了巡检待命无人机的调度方案（见文内7.2.2）。问题五中，首先对建模用到的5种算法进行了复杂度分析，然后从侦察型无人机加载载荷的拍摄距离和引导距离、通信型无人机的通信距离、攻击型无人机携带炸弹的能力和炸弹性能、续航能力等方面出发，对提升无人机作战能力的技术参数进行了分析。关键字：多无

6、人机协同任务规划两元素优化贪心算法无人机调度2目录1.问题重述51.1问题背景.....................................51.2需要解决的问题.................................62.模型的假设73.符号说明84.问题一（协同侦察）94.1问题分析及模型建立..............................94.2问题求解.....................................104.2.1加载S-1型载荷的无人机的航迹优化...........

7、.......104.2.2加载S-2型载荷的无人机的航迹优化..................124.2.3FY-1型无人机的综合调度策略......................145.问题二（协同通信）165.1问题分析.....................................165.2问题求解.....................................166.问题三（协同作战）176.1问题分析.....................................176.2模型的建立...

8、.................................186.2.1第一步优化问题模型的建立.......................186.2.2第二步优化问题模型的建立................