[發明專利]多無人機協同編隊中的通信拓撲容錯優化方法及裝置

在審

• 申請號: 201710482893.1
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107197474A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 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: H04W24/04
• 分類號: H04W24/04;H04L12/24;H04B7/185
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及通信技術領域，尤其涉及一種多無人機協同編隊中的通信拓撲容錯優化方法及裝置。

背景技術

在起飛巡航階段，所有無人機(UAV)通常通過點對點的通信鏈接(communication links)進行信息交互，以形成一定的編隊隊形(formation shape或者formation geometry)，并保持此編隊隊形繼續朝目標區域飛行。其中所使用的通信鏈接被稱為多無人機協同編隊的信息交互拓撲(information exchange topology)、通信拓撲(communication topology)、連接拓撲(connection topology)、信息結構(Information Structure)或者信息拓撲(InformationTopology)，它們只是UAV之間所有可用的通信鏈接集合中的一部分。為了統一表述，下文采用“通信拓撲”這一名稱。同時，將UAV之間所有可用的通信鏈接的集合稱為多無人機協同編隊的編隊通信圖(Formation Communication Graph)。

由于通信拓撲中任何兩位置UAV之間的通信距離不同，導致通信拓撲中不同UAV之間通信鏈接具有不同的通信代價并會消耗UAV相應的電池電量或燃料。實際應用中，兩個UAV之間通信鏈接的通信代價受到很多因素影響，例如，任務要求、通信距離、飛行性能、安全性等。為簡化說明，上述通信代價直接采用通信距離來表示。

同時，每架UAV可用的電池電量或燃料又是有限的。此外，編隊飛行過程中某個或多個UAV可能會發生通信故障，使得當前通信拓撲中的某些通信鏈接不能夠被使用，從而導致UAV不能繼續保持編隊隊形，嚴重時甚至會導致UAV碰撞事故。因此，如何通過優化多無人機協同編隊的通信拓撲，以避免發生UAV碰撞事故并恢復隊形，同時使得此多無人機協同編隊在繼續保持隊形過程中的編隊通信代價最小成為了亟需解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種多無人機協同編隊中的通信拓撲容錯優化方法及裝置，用于在多無人機組成的三維持久編隊出現通信故障之后優化此三維持久編隊的通信拓撲，以避免發生無人機碰撞事故并恢復隊形，同時使得此三維持久編隊在繼續保持隊形過程中的編隊通信代價最小。

第一方面，本發明實施例提供了一種多無人機協同編隊中的通信拓撲容錯優化方法，所述方法包括：

S1、根據多無人機協同編隊需要組成的三維持久編隊的隊形獲取編隊通信圖；

S2、當所述多無人機協同編隊發生通信故障時，根據所述通信故障的類型在所述編隊通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節點以獲取第一重構編隊通信圖；

S3、根據通信拓撲重構算法獲取所述第一重構編隊通信圖對應的三維最優持久圖，即為第一最優重構通信拓撲；

S4、根據所述第一最優重構通信拓撲、多無人機協同編隊的每個位置配置和所述通信拓撲重構算法獲取滿足預設條件n＞|V|！的第二最優重構通信拓撲即為所述多無人機協同編隊的重優化通信拓撲；

所述位置配置是指多無人機協同編隊中各架無人機在編隊隊形中的位置；通信故障發生之前的位置配置為第一位置配置Pr；|V|表示多無人機協同編隊中無人機的數量；n取1、2、……、|V|！。

第二方面，本發明實施例提供了一種多無人機協同編隊中的通信拓撲容錯優化裝置，其特征在于，所述裝置包括：

編隊通信圖獲取模塊，用于根據多無人機協同編隊需要組成的三維持久編隊的隊形獲取編隊通信圖；

第一重構編隊通信圖獲取模塊，用于在所述多無人機協同編隊發生通信故障時，根據所述通信故障的類型在所述編隊通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節點以獲取第一重構編隊通信圖；

第一最優重構通信拓撲獲取模塊，用于根據通信拓撲重構算法獲取所述第一重構編隊通信圖對應的三維最優持久圖，即為第一最優重構通信拓撲；

重優化通信拓撲獲取模塊，用于根據所述第一最優重構通信拓撲、多無人機協同編隊的每個位置配置和所述通信拓撲重構算法獲取滿足預設條件n＞|V|！的第二最優重構通信拓撲即為所述多無人機協同編隊的重優化通信拓撲；

所述位置配置是指多無人機協同編隊中各架無人機在編隊隊形中的位置；通信故障發生之前的位置配置為第一位置配置Pr；|V|表示多無人機協同編隊中無人機的數量；n取1、2、……、|V|！。