一种考虑任务体系下的无人机集群维修方法

技术特征：
1.一种考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、建立多层复杂网络模型，基于多层复杂网络模型对集群系统任务可靠性进行评估；s2、基于集群维修与网络相关关系，将对多层复杂网络模型进行可靠性评估转换为评估各个层面维修下的集群任务可靠性；s3、对集群任务可靠性进行评估；s4、基于集群任务可靠性评估结果，制定集群维修方案。2.如权利要求1所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，所述s1包括：将单机视为节点，将单机之间的数据链路连接则视为边，节点和边都根据实际集群的能力数值赋予相应的属性，即将复杂的无人机集群系统转化为相互作用的节点组成的层次网络模型进行分析；引入单机多节点网络：根据无人机单机以及集群交互特点，将无人机单节点划分为通讯、结构、任务三节点，对应网络中的通讯数据链、无人机载机和任务载荷三层结构，然后在此基础上对其层次之间的关系进行描述，建立的多层复杂网络。3.如权利要求1所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，获取集群维修与网络相关关系包括：将任务执行过程中的待维修单机召回，剩余的集群在该单机节点缺失的条件下继续执行既定的任务，即单机维修等效于集群网络中相应节点消失，也就是单机召回时通讯层、结构层和任务层均失效，将单机通讯层、单机结构层的节点失效均映射到集群网络中任务层相应的节点消失。4.如权利要求1所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，所述s3包括：建立网络可靠性评估指标r：其中，s
k
表示在多层复杂网络模型中随机去除节点后，剩余网络的可靠性指标值，k＝1,2,3,
…
,m，所有指标均单调递增或单调递减；w
k
表示指标的权重；r表示网络的可靠性，其数值范围为[0,1]，且r越接近1表示网络可靠性越好。5.如权利要求1所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，所述s4包括：提出假设：假设1：考虑单机可靠性的理论维修时间是基于预防策略的，允许一定时间范围内维修的滞后；假设2：单机的故障维修包括意外失效维修和退化失效维修，两种失效的预防性维修时间都是基于经验数据已知的、不变的，不考虑任务过程中复杂环境应力带来的其他未知失效维修；假设3：单机维修附带维修成本和维修时间，处在维修状态的无人机仅影响下一任务阶段的无人机集群系统可靠性；假设4：单机维修完成后回归集群链路保持不变，假定维修后状态参数如初始参数，即维修完全；基于预防的单机可靠性预测：对通讯、结构、任务三节点分别做节点寿命预测和成本计算，得到基于预防的节点维修时间和维修成本；
获取维修分组策略及相关成本；评估分组策略下的任务可靠性。6.如权利要求5所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，获取维修分组策略包括：集群系统通过任务分配将总任务分解为各个子任务予以不同的无人机组；设定每项子任务完成后存在一个维修机会，维修时间由任务时间决定，维修机会将整个集群的任务时间分隔为多个时间间隔t1,t2,
…
,t
n
，单机节点的基于预防维修时间t与维修机会对应时间t比较，即子任务完成时间，选择临近维修时间的无人机在对应的维修时间t进入维修状态。7.如权利要求6所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，获取相关成本包括：实际单机的等效维修的总成本为twc
i
(t
j
)：其中，c
p
、c
dp
分别为t时刻之前维修的维修成本和停机成本，c
f
、c
df
分别为t时刻之后维修的维修成本和停机成本，t为实际维修时间；其中r(t)为该单元节点的可靠度函数，f(t)为该单元节点的失效率累计分布函数，且r(t) f(t)＝1，可靠度函数和失效率累计分布函数均由节点初始经验给定；将所有单机节点的维修总成本累加，得到该分组策略下系统维修总成本twc：其中n代表节点总数，n代表维修机会总数。8.如权利要求7所述的考虑任务体系下的无人机集群维修方法，其特征在于，评估分组策略下的任务可靠性包括：获取所有维修机会下的集群任务可靠性r
11
,r
12
,
……
,r
1n
，针对存在以下情况的分组决策予以剔除：多节点集中维修导致某维修时刻集群任务可靠性低于任务完成阈值的情况时；对于数据未存在异常情况下的分组决策的n组数据分别根据维修机会的权重值进行加权平均，得到最终该分组策略下的集群任务可靠性r
i
：r
i
＝w1r
i1
w2r
i2

…
w
n
r
in
其中，w
i
为第i个维修机会下，集群鲁棒性的权重值，w1 w2 .... w
n
＝1。

技术总结
本发明公开一种考虑任务体系下的无人机集群维修方法,包括如下步骤：S1、建立多层复杂网络模型，基于多层复杂网络模型对集群系统任务可靠性进行评估；S2、基于集群维修与网络相关关系，将对多层复杂网络模型进行可靠性评估转换为评估各个层面维修下的集群任务可靠性；S3、对集群任务可靠性进行评估；S4、基于集群任务可靠性评估结果，制定集群维修方案。本发明基于单机功能节点失效的提出的众多维修分组基础上，利用复杂网络建模和评估方法作为工具，根据集群网络的拓扑信息，将单机的维修影响扩散到集群系统网络的任务能力变化，以成本和集群系统任务可靠性为最终目标函数，对分组策略进行优化。策略进行优化。策略进行优化。


技术研发人员：王立志 王晓红 郭金龙
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.12.29
技术公布日：2022/4/12