[發明專利]基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重優化方法及系統

有效

• 申請號: 201610383787.3
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN105873171B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 羅賀;王國強;胡笑旋;馬華偉;靳鵬;夏維
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H04W40/24
• 分類號: H04W40/24
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及無人機通信技術領域，尤其涉及一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重優化方法及系統。

背景技術

在無人機出現故障后，目前一般通過重構通信拓撲的方式實現快速重構通信拓撲以避免發生UAV碰撞事故并恢復編隊隊形。

在快速重構通信拓撲之后，所有UAV都能確保安全了，某些UAV可能離開了編隊(它們在一個不同的高度單獨跟隨預定的編隊參考航跡或者獨自飛回所屬機場)，剩余的UAV則繼續保持編隊隊形朝目標區域飛行，但是重構后的通信拓撲對應的編隊通信代價不一定是最優的，因此有必要通過UAV位置重構(交換UAV在編隊隊形中的位置或者令某個UAV去填補另外一個離開編隊的UAV所留下的空位)來重優化通信拓撲以最小化編隊通信代價并繼續保持編隊隊形。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重優化方法及系統，確保通過UAV位置重構一定能得到最優的通信拓撲。

第一方面，本發明提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重優化方法，用于在編隊中的無人機出現通信故障后，對重構后的無人機編隊通信拓撲的優化，包括：

計算重構后的無人機編隊通信拓撲的第一通信代價；

將所述第一通信代價與預設狀態下的編隊通信圖的最小樹形圖的目標通信代價進行比較；

在所述第一通信代價大于預設狀態下的編隊通信圖的最小樹形圖的目標通信代價時，通過預設策略優化所述重構后的無人機編隊通信拓撲。

可選的，通過預設策略優化所述重構后的無人機編隊通信拓撲，包括：

對編隊通信圖中無人機的位置進行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊通信圖的最小樹形圖的第二通信代價；

將所述第二通信代價對應的編隊通信拓撲作為重優化后的無人機編隊通信拓撲；

其中，所述第二通信代價為多次交換位置后的編隊通信圖的最小樹形圖的最小通信代價。

可選的，所述對編隊通信圖中無人機的位置進行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊通信圖的最小樹形圖的第二通信代價，包括：

將所述第一通信代價作為所述第二通信代價的初始值；

對所述編隊通信圖中無人機的位置進行第一次交換，獲取第三通信代價；

若所述第三通信代價小于所述第二通信代價的初始值，則將所述第三通信代價作為所述第二通信代價的優化值；

對第一次交換后的編隊通信圖中無人機的位置進行第二次交換，獲取第四通信代價；

若所述第四通信代價小于所述第二通信代價的優化值，則將所述第四通信代價作為所述第二通信代價的優化值；

對第二次交換后的編隊通信圖中無人機的位置進行第N次變換，獲取第五通信代價；

若所述第五通信代價小于所述第二通信代價的優化值，則將所述第五通信代價作為所述第二通信代價的優化值。

可選的，所述對編隊通信圖中無人機的位置進行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊通信圖的最小樹形圖的第二通信代價，包括：

若所述第五通信代價等于所述第二通信代價的優化值，則比較所述第五通信代價對應的無人機編隊通信拓撲與所述第二通信代價的優化值對應的無人機編隊通信拓撲分別相對于所述重構后的無人機編隊拓撲的無人機的位置的交換次數以及交換距離；

若所述第五通信代價對應的無人機編隊通信拓撲的無人機的位置的交換次數和交換距離更小，則將所述第五通信代價作為所述第二通信代價的優化值。

可選的，所述預設狀態下的編隊通信圖為：編隊通信圖中的無人機均為候選的編隊領航者且所有無人機之間相互通信正常。

第二方面，本發明還提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重優化系統，用于在編隊中的無人機出現通信故障后，對重構后的無人機編隊通信拓撲的優化，包括：

計算模塊，用于計算重構后的無人機編隊通信拓撲的第一通信代價；

比較模塊，用于將所述第一通信代價與預設狀態下的編隊通信圖的最小樹形圖的目標通信代價進行比較；

優化模塊，用于在所述第一通信代價大于預設狀態下的編隊通信圖的最小樹形圖的目標通信代價時，通過預設策略優化所述重構后的無人機編隊通信拓撲。

可選的，所述優化模塊，用于：

對編隊通信圖中無人機的位置進行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊通信圖的最小樹形圖的第二通信代價；

將所述第二通信代價對應的編隊通信拓撲作為重優化后的無人機編隊通信拓撲；