基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方法及系統(tǒng)，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化，該方法包括：計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)；將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信代價(jià)進(jìn)行比較；在第一通信代價(jià)大于目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹１景l(fā)明通過(guò)將重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)，與目標(biāo)通信代價(jià)進(jìn)行比較，在第一通信代價(jià)大于目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)?，使得編?duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障時(shí)，重優(yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞耐ㄐ糯鷥r(jià)最小。
【專利說(shuō)明】
基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)人機(jī)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通 信拓?fù)渲貎?yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無(wú)人機(jī)出現(xiàn)故障后，目前一般通過(guò)重構(gòu)通信拓?fù)涞姆绞綄?shí)現(xiàn)快速重構(gòu)通信拓?fù)?W避免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形。
[0003] 在快速重構(gòu)通信拓?fù)渲?，所有UAV都能確保安全了，某些UAV可能離開(kāi)了編隊(duì)（它 們?cè)谝粋€(gè)不同的高度單獨(dú)跟隨預(yù)定的編隊(duì)參考航跡或者獨(dú)自飛回所屬機(jī)場(chǎng)），剩余的UAV則 繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形朝目標(biāo)區(qū)域飛行，但是重構(gòu)后的通信拓?fù)鋵?duì)應(yīng)的編隊(duì)通信代價(jià)不一定是 最優(yōu)的，因此有必要通過(guò)UAV位置重構(gòu)(交換UAV在編隊(duì)隊(duì)形中的位置或者令某個(gè)UAV去填補(bǔ) 另外一個(gè)離開(kāi)編隊(duì)的UAV所留下的空位)來(lái)重優(yōu)化通信拓?fù)鋀最小化編隊(duì)通信代價(jià)并繼續(xù) 保持編隊(duì)隊(duì)形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓 撲重優(yōu)化方法及系統(tǒng)，確保通過(guò)UAV位置重構(gòu)一定能得到最優(yōu)的通信拓?fù)洹?br>[0005] 第一方面，本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方 法，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化，包 括：
[0006] 計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)；
[0007] 將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信代價(jià) 進(jìn)行比較；
[000引在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信代 價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹?br>[0009] 可選的，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)?，包括?br>[0010] 對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖 的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)；
[0011] 將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洌?br>[0012] 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通 信代價(jià)。
[0013] 可選的，所述對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后 的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括：
[0014] 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值；
[0015] 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第Ξ通信代價(jià)；
[0016] 若所述第Ξ通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第Ξ通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0017] 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代 價(jià)；
[0018] 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0019] 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代 價(jià)；
[0020] 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0021] 可選的，所述對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后 的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括：
[0022] 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià) 對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞?別相對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)W及交換距離；
[0023] 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和 交換距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0024] 可選的，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為:編隊(duì)通信圖中的無(wú)人機(jī)均為候選的編 隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。
[0025] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化系 統(tǒng)，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化，包 括：
[0026] 計(jì)算模塊，用于計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)；
[0027] 比較模塊，用于將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的 目標(biāo)通信代價(jià)進(jìn)行比較；
[0028] 優(yōu)化模塊，用于在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖 的目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹?br>[0029] 可選的，所述優(yōu)化模塊，用于：
[0030] 對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖 的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)；
[0031 ]將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洌?br>[0032] 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通 信代價(jià)。
[0033] 可選的，所述優(yōu)化模塊，具體用于：
[0034] 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值；
[0035] 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第Ξ通信代價(jià)；
[0036] 若所述第Ξ通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第Ξ通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0037] 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代 價(jià)；
[0038] 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0039] 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代 價(jià)；
[0040] 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0041] 可選的，所述優(yōu)化模塊，具體用于：
[0042] 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià) 對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞?別相對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)W及交換距離；
[0043] 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和 交換距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0044] 可選的，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為:編隊(duì)通信圖中的無(wú)人機(jī)均為候選的編 隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。
[0045] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲?優(yōu)化方法及系統(tǒng)，通過(guò)將重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)，與目標(biāo)通信代價(jià) 進(jìn)行比較，在第一通信代價(jià)大于目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī) 編隊(duì)通信拓?fù)洌沟镁庩?duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障時(shí)，重優(yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞?通?目代價(jià)最小。
【附圖說(shuō)明】
[0046] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些圖獲得其他的附圖。
[0047] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方法 的流程示意圖；
[0048] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的編隊(duì)需要保持的隊(duì)形的示意圖；
[0049] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的編隊(duì)的初始最優(yōu)的通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0050] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例提供的編隊(duì)的重構(gòu)的通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0051] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例提供的編隊(duì)的重優(yōu)化的通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0052] 圖6為現(xiàn)有技術(shù)中的編隊(duì)的重優(yōu)化的通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0053] 圖7為本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0055] 圖1示出了本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲?優(yōu)化方法的流程示意圖，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì) 通信拓?fù)涞膬?yōu)化，該方法包括W下步驟：
[0056] 101、計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)；
[0057] 102、將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信 代價(jià)進(jìn)行比較；
[0058] 可理解的是，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為:編隊(duì)通信圖中的無(wú)人機(jī)均可作為 編隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。
[0059] 103、在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通 信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浒╓下子步驟：
[0060] 1031、對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì) 通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)。
[0061] 具體的，步驟1031中所述對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次 交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括：
[0062] 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值；
[0063] 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第Ξ通信代價(jià)；
[0064] 若所述第Ξ通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第Ξ通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0065] 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代 價(jià)；
[0066] 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0067] 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代 價(jià)；
[0068] 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0069] 在另一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的方式中，上述步驟1031中對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多 次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括：
[0070] 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià) 對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞?別相對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)W及交換距離；
[0071] 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和 交換距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0072] 1032、將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信 拓?fù)洌?br>[0073] 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通 信代價(jià)。
[0074] 上述方法通過(guò)將重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)，與目標(biāo)通信代價(jià) 進(jìn)行比較，在第一通信代價(jià)大于目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī) 編隊(duì)通信拓?fù)?，使得編?duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障時(shí)，重優(yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞?通?目代價(jià)最小。
[0075] 在對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，首先對(duì)UAV形成和保持編隊(duì)隊(duì)形的編隊(duì)控制方 法W及編隊(duì)通信拓?fù)溥M(jìn)行說(shuō)明。
[0076] UAV形成和保持編隊(duì)隊(duì)形的編隊(duì)控制方法主要有四種:領(lǐng)航-跟隨者策略（leader- follower strategy)、虛擬結(jié)構(gòu)策略 （virtual structure strategy)、行為策略 (behavioral strategy)、一致性策略（consensus-based strategy)。其中，領(lǐng)航-跟隨者策 略最為成熟，它的基本思想是：編隊(duì)中的只有一個(gè)U A V作為編隊(duì)領(lǐng)航者（f 0 r m a t i 0 η leader),它按照預(yù)定的編隊(duì)參考航跡飛行;其余UAV作為跟隨者(follower),它們直接或間 接地跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者，比如：一個(gè)UAV可能直接跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者，也可能跟隨另外一個(gè)直接 或間接跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者的UAV。如果第i個(gè)無(wú)人機(jī)UAVi直接跟隨第j個(gè)無(wú)人機(jī)UAVj，UAVi稱為 UAVj的跟隨者，UAVj稱為UAVi的領(lǐng)航者。UAVj會(huì)每隔Tcontroi秒通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈接向UAVi 發(fā)送自己的位置、速度和方向信息。當(dāng)UAVi接收到運(yùn)些信息后，將據(jù)此來(lái)調(diào)整自身的速度和 方向W實(shí)現(xiàn)和UAVj之間保持預(yù)期的相對(duì)位置。當(dāng)所有的UAV都能實(shí)現(xiàn)和其領(lǐng)航者保持預(yù)期 的相對(duì)位置時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)隊(duì)形的保持。假設(shè)η個(gè)UAV使用領(lǐng)航-跟隨者策略來(lái)形成和保持 一個(gè)編隊(duì)隊(duì)形S，S中的η個(gè)位置分別編號(hào)為{1,2,…,η}，每個(gè)UAV可W位于S中的任意一個(gè)位 置，某幾個(gè)UAV但并不是所有的UAV可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者(運(yùn)些UAV又被稱為候選的編隊(duì)領(lǐng)航 者），每個(gè)UAV可W通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈接和其它UAV進(jìn)行信息交互，每個(gè)通信鏈接的通信代價(jià) 由其相應(yīng)的通信距離決定。因此，可W用一個(gè)加權(quán)有向圖G=(V，E，W，P)來(lái)表示編隊(duì)中UAV之 間所有可用的通信鏈接，并簡(jiǎn)稱為編隊(duì)通信圖：
[0077] (l)V={vi}是圖中的節(jié)點(diǎn)集合，其中V康示第i個(gè)無(wú)人機(jī)UAVi。
[007引（2)怎二?}c；ΓxΓ，l《i，j《n是圖中的邊集合，其中eリ表示從UAVi到UAVj有一 個(gè)可用的通信鏈接從而使得UAVi能發(fā)送信息給UAVj，即UAV巧W成為UAV撕領(lǐng)航者。
[0079] (3)W={w(eij)}，eijEE是圖中每條邊的權(quán)值集合，其中w(eij)表示eij的通信代價(jià)。
[0080] (4)P = {Pi}，1《i《η是每個(gè)UAV在編隊(duì)隊(duì)形S的具體位置集合，簡(jiǎn)稱為UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具體位置。
[0081] 根據(jù)前面的描述可知，每個(gè)UAV只需要從其領(lǐng)航者接收信息和發(fā)送信息給其跟隨 者，運(yùn)意味著不需要使用所有可用的通信鏈接就可W實(shí)現(xiàn)編隊(duì)隊(duì)形的形成和保持，其中所 使用的通信鏈接的集合被稱為UAV編隊(duì)的通信拓?fù)洌╟ommunication topology)，沒(méi)有被使 用的通信鏈接被稱為冗余通信鏈接。因此，UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銩=(V，E^W^P)是其編隊(duì)通 信圖G=(V，E，W，P)的一個(gè)特殊子圖，其中￡4 (= ￡，W" G W令w(A)表示通信拓?fù)銩的通信 代價(jià)，即有1
睡信拓?fù)銩具有如下兩個(gè)特性。
[0082] 定理I:基于領(lǐng)航-跟隨者策略的UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銽必須是其編隊(duì)通信圖G的一 棵生成樹(shù)（spanning tree)，但是其編隊(duì)通信圖G的一棵生成樹(shù)并不一定能作為其通信拓 撲。
[0083] 定理2:基于領(lǐng)航-跟隨者策略的UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銽必須是其編隊(duì)通信圖G的一 棵生成樹(shù)(spanning化ee)，并且其根節(jié)點(diǎn)所表示的UAV必須能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者;反之亦 然。
[0084] 由于機(jī)械故障或外界干擾等原因，編隊(duì)飛行過(guò)程中某個(gè)或多個(gè)UAV可能會(huì)發(fā)生通 信故障，使得當(dāng)前通信拓?fù)渲械哪承┩ㄐ沛溄幼兊貌豢捎?，從而?dǎo)致UAV不能繼續(xù)保持編隊(duì) 隊(duì)形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致UAV碰撞事故。因此，目前一般通過(guò)重構(gòu)通信拓?fù)涞姆绞?選擇某些 冗余通信鏈接來(lái)代替原有通信拓?fù)渲心切┎豢捎玫耐ㄐ沛溄?實(shí)現(xiàn)快速重構(gòu)通信拓?fù)鋀避 免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形。在快速重構(gòu)通信拓?fù)渲?，所有UAV都能確保安全了， 某些UAV可能離開(kāi)了編隊(duì)（它們?cè)谝粋€(gè)不同的高度單獨(dú)跟隨預(yù)定的編隊(duì)參考航跡或者獨(dú)自 飛回所屬機(jī)場(chǎng)），剩余的UAV則繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形朝目標(biāo)區(qū)域飛行，但是重構(gòu)后的通信拓?fù)?對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信代價(jià)不一定是最優(yōu)的，因此有必要通過(guò)UAV位置重構(gòu)(交換UAV在編隊(duì)隊(duì)形 中的位置或者令某個(gè)UAV去填補(bǔ)另外一個(gè)離開(kāi)編隊(duì)的UAV所留下的空位)來(lái)重優(yōu)化通信拓?fù)?W最小化編隊(duì)通信代價(jià)并繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形。
[0085] 因此，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種分布式的基于最小樹(shù)形圖的通信故障下的通信拓 撲重優(yōu)化算法，此算法運(yùn)行在編隊(duì)中每個(gè)剩余的UAV中。WUAVi為例，此算法的基本步驟如 表1所示。
[00化]表1
[0087]
[008引
[0089]
[0090] 此算法中的重構(gòu)后的編隊(duì)通信圖拉=(￥,，6,，胖,少,)是根據(jù)通信故障的類型對(duì)原有 的編隊(duì)通信圖6=(￥，6，胖，口)進(jìn)行修改得到的。除了現(xiàn)有技術(shù)中考慮的四種通信故障外，還 考慮另外兩種通信故障：廣播發(fā)射機(jī)故障（broadcast hansmitter failure)和廣播接收 機(jī)故障（broadcast receiver failure)。所有六種通信故障類型如表2所示。
[0091] 表2
[0092]
[0093]
[0094] 針對(duì)此六種通信故障，為了確保所有UAV及時(shí)地獲得一致的通信故障信息，假設(shè)所 有UAV具有同樣的如下所述的通信故障診斷策略：
[0095] (1)當(dāng)UAVi發(fā)生單播發(fā)射機(jī)故障、單播接收機(jī)故障、單播收發(fā)機(jī)故障或者廣播接收 機(jī)故障中的任何一種通信故障時(shí)，UAVi自身能夠檢測(cè)到此故障，UAVi將記錄下此故障發(fā)生時(shí) 的時(shí)間戳并通過(guò)BC將此故障和相應(yīng)的時(shí)間戳信息通知其他UAV。
[0096] (2)當(dāng)UAV潑生廣播發(fā)射機(jī)故障時(shí)，UAVi自身能夠檢測(cè)到此故障但不能通過(guò)BC通知 其他UAV，Tactive秒之后，其他UAV由于不能收到UAVi上報(bào)的狀態(tài)將判定UAVi出現(xiàn)了廣播發(fā)射 機(jī)故障，并記錄下此故障發(fā)生時(shí)的時(shí)間戳。
[0097] (3)當(dāng)6。出現(xiàn)鏈接中斷并且UAVi是UAVj的領(lǐng)航者，UAVj將不能接收到UAVi發(fā)送的位 置、速度和方向信息.Tattive秒之后，如果UAV迫身沒(méi)有發(fā)生單播接收機(jī)故障并且沒(méi)有通過(guò) BC收到UAVi的單播發(fā)射機(jī)故障信息，UAVj將判定eij出現(xiàn)了鏈接中斷，然后UAVj將記錄此故障 的時(shí)間戳，然后通過(guò)BC此故障和相應(yīng)的時(shí)間戳信息通知其他UAV。
[009引（4)如果一個(gè)UAV在Tactive秒之內(nèi)接收到兩個(gè)及W上的通信故障信息，則只處理時(shí) 間戳最早的那個(gè)通信故障，而把剩余的通信故障留到下一個(gè)Tactive秒再去處理。運(yùn)樣可W避 免UAV之間的決策出現(xiàn)沖突，從而使得所有UAV能夠得到一致的通信故障處理結(jié)果。
[0099] 基于上述的通信故障診斷策略，每個(gè)UAV能夠及時(shí)地獲得同樣的通信故障信息，然 后每個(gè)UAV根據(jù)通信故障的類型對(duì)原有的編隊(duì)通信圖G=(V，E，W，P)進(jìn)行修改得到重構(gòu)后的 編隊(duì)通信圖柏=(>,瓜，胖?？?〇，具體如下所示：
[0100] (1)如果UAVj發(fā)生單播發(fā)射機(jī)故障，則刪除Vj的所有出邊。
[0101] (2)如果UAVj發(fā)生單播接收機(jī)故障，則刪除vj的所有入邊。
[0102] (3)如果UAVj發(fā)生單播收發(fā)機(jī)故障或者廣播發(fā)射機(jī)故障或者廣播接收機(jī)故障，貝U 刪除V北勺所有入邊和出邊。
[0103] (4)如果從UAVj到UAVk的通信鏈接發(fā)生鏈接中斷，則刪除ejk。
[0104] 在此算法中的steps中，每種可行的UAV位置配置Pn-定是一個(gè)從|V|個(gè)元素中取 出|Vr|個(gè)元素的排列，其中的IVI個(gè)元素分別代表編隊(duì)隊(duì)形中的不同位置，即它們分別是1， 2，…，I V I。因此，所有可行的Pn的總數(shù)是
[01化]在此算法中的Step6中，在6。=(￥。，6。，胖。少。）中添加一個(gè)稱為虛擬領(lǐng)航者(￥^化曰1 Leader，VL)的特殊節(jié)點(diǎn)和其相應(yīng)的具有特定權(quán)值的出邊，從而形成一個(gè)新的編隊(duì)通信圖 Gn' = (Vn'，En'，Wn'，Pn'），具體如下所示：
[0106] (l)Vn' = {v〇}UVn是圖Gn'的節(jié)點(diǎn)集合，其中VO是虛擬領(lǐng)航者化，其代表了預(yù)定編隊(duì) 參考航跡中的一個(gè)虛擬點(diǎn)。
[0107] (2化'n= {eok} U En，I Vn I是圖Gn'的邊集合，其中eok表示第k個(gè)無(wú)人機(jī)UAVk知 道預(yù)定編隊(duì)參考航跡，即UAVk是候選的編隊(duì)領(lǐng)航者。
[010引（3)胖。' ={巧(6010叫胖。，601^即'。是圖6。'的每條邊的權(quán)值集合，其中乂0的所有出邊 都具有同樣的權(quán)值
，即w(eok)比原有的編隊(duì)通信圖Gn中 的所有邊的權(quán)值之和還要大1。
[0109] (4)Pn' = Pn = {Pi}，1《i《η是每個(gè)UAV在編隊(duì)隊(duì)形S的具體位置集合，簡(jiǎn)稱為UAV位 置配置(UAV position configuration)，其中Pi表示UAVi在S中的具體位置(特別地，Pi = 0 表示UAV尼經(jīng)離開(kāi)編隊(duì)）。
[0110] 基于Gn'的定義，可W得出如下結(jié)論。
[011。 定理3:如果新的編隊(duì)通信圖Gn'的最小樹(shù)形圖An'存在并且An'中V0只有一條出邊， 則在原有的編隊(duì)通信圖Gn基礎(chǔ)上的編隊(duì)的最優(yōu)通信拓?fù)銩n存在，并且它是An'中刪除V0和V0 的出邊之后的結(jié)果。
[0112] 在此算法的Step9中，UAV位置重構(gòu)所需要的某個(gè)UAV的交換距離是該UAV在編隊(duì)隊(duì) 形中的原有位置和新位置之間的歐式距離。
[0113] 執(zhí)行此算法后，所有剩余的UAV將切換到重優(yōu)化后的通信拓?fù)洳⒗^續(xù)保持編隊(duì)隊(duì) 形。該算法的核屯、步驟是St ep7，其中使用了 Gabow等人提出的Edmonds算法的更快實(shí)現(xiàn)。另 夕h從此算法的Step4中可W看出，St邱7最多會(huì)被循環(huán)調(diào)用
次。因此，此算法 的計(jì)算復(fù)雜度是
，其中|6/|《|6| + |￥|并且 Vr ' I《I V I +1。雖然此算法的計(jì)算復(fù)雜度較高，但因?yàn)樗蠻AV通過(guò)通信拓?fù)渲貥?gòu)之后都確 保安全了，因此剩余的UAV可W利用自身飛行過(guò)程中的空閑時(shí)間來(lái)執(zhí)行此算法，并且只有當(dāng) 所有剩余UAV都完成了此算法之后才進(jìn)行UAV位置重構(gòu)。
[0114] 和現(xiàn)有的通信故障下的通信拓?fù)渲貎?yōu)化算法相比，此算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0115] (1)具有更強(qiáng)的理論基礎(chǔ)，可W確保通過(guò)UAV位置重構(gòu)一定能得到最優(yōu)的通信拓 撲。
[0116] (2)此算法更加靈活，能夠適用于任意的編隊(duì)隊(duì)形。
[0117] 下面通過(guò)舉例進(jìn)行說(shuō)明：
[0118] 假設(shè)5架UAV保持一個(gè)如圖2所示的模形隊(duì)形進(jìn)行飛行，其中的所有位置分別編號(hào) 為{1，2,3,4,5}，它們都在同一個(gè)高度上，它們之間的距離在圖2中標(biāo)識(shí)了出來(lái)。此外，只有 UAVi、UAV2和UAV4可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者。
[0119] 圖3為無(wú)通信故障情況下的初始最優(yōu)的通信拓?fù)洹Ｆ渲蠻AVi作為編隊(duì)領(lǐng)航者，UAV2 跟隨UAVi飛行，UAV3跟隨UAV2飛行，UAV4跟隨UAV2飛行，UAVs跟隨UAV3飛行，編隊(duì)的通信代價(jià) 為 2271。
[0120] 圖4為UAV3發(fā)生單播收發(fā)機(jī)故障后，重構(gòu)后的通信拓?fù)?。其中UAV3已經(jīng)離開(kāi)編隊(duì)， UAVi作為編隊(duì)領(lǐng)航者，UAV2跟隨UAVi飛行，UAV4跟隨UAV2飛行，UAVs跟隨UAV2飛行，編隊(duì)的通 信代價(jià)為2156。
[0121] 圖5為本方法得到的重優(yōu)化后的通信拓?fù)?。其中，UAVi占據(jù)了 UAV3離開(kāi)編隊(duì)后留下 的空位，UAVi作為編隊(duì)領(lǐng)航者，UAV2跟隨UAVi飛行，UAV4跟隨UAV2飛行，UAVs跟隨UAVi飛行，編 隊(duì)的通信代價(jià)為1600。
[0122] 圖6為現(xiàn)有方法得到的重優(yōu)化后的通信拓?fù)?。其中，UAVs占據(jù)了 UAV3離開(kāi)編隊(duì)后留 下的空位，UAVi作為編隊(duì)領(lǐng)航者，UAV2跟隨UAVi飛行，UAV4跟隨UAV2飛行，UAVs跟隨UAV2飛行， 編隊(duì)的通信代價(jià)為1771，比本方法得到的通信代價(jià)要高。
[0123] 圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu) 化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通 信拓?fù)涞膬?yōu)化，如圖7所示，該系統(tǒng)包括：
[0124] 計(jì)算模塊71，用于計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)；
[0125] 比較模塊72,用于將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖 的目標(biāo)通信代價(jià)進(jìn)行比較；
[0126] 優(yōu)化模塊73,用于在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形 圖的目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹?br>[0127] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述優(yōu)化模塊，用于：
[0128] 對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖 的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)；
[0129] 將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洌?br>[0130] 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通 信代價(jià)。
[0131] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述優(yōu)化模塊，具體用于：
[0132] 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值；
[0133] 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第Ξ通信代價(jià)；
[0134] 若所述第Ξ通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第Ξ通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0135] 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代 價(jià)；
[0136] 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值；
[0137] 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代 價(jià)；
[0138] 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作 為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0139] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述優(yōu)化模塊，具體用于：
[0140] 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià) 對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞?別相對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)W及交換距離；
[0141] 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和 交換距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。
[0142] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為:編隊(duì)通 信圖中的無(wú)人機(jī)均可作為編隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。
[0143] 需要說(shuō)明的是，上述系統(tǒng)與上述方法是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，上述方法的實(shí)施細(xì)節(jié)同 樣適用于上述系統(tǒng)，本實(shí)施例不再對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0144] 本發(fā)明的說(shuō)明書中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可W 在沒(méi)有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技 術(shù)，W便不模糊對(duì)本說(shuō)明書的理解。
[0145] 類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡(jiǎn)本發(fā)明公開(kāi)并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多 個(gè)，在上面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè) 實(shí)施例、圖、或者對(duì)其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開(kāi)的方法解釋呈反映如下意圖：即所要 求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說(shuō)，如 下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開(kāi)的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。 因此，遵循【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求書由此明確地并入該【具體實(shí)施方式】，其中每個(gè)權(quán)利要 求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。
[0146] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，可W對(duì)實(shí)施例中的設(shè)備中的模塊進(jìn)行自適應(yīng)性地改變 并且把它們?cè)O(shè)置在于該實(shí)施例不同的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備中。可W把實(shí)施例中的模塊或單元或 組件組合成一個(gè)模塊或單元或組件，W及此外可W把它們分成多個(gè)子模塊或子單元或子組 件。除了運(yùn)樣的特征和/或過(guò)程或者單元中的至少一些是互相排斥之處，可W采用任何組合 對(duì)本說(shuō)明書(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開(kāi)的所有特征W及如此公開(kāi)的任何方 法或者設(shè)備的所有過(guò)程或單元進(jìn)行組合。除非另外明確陳述，本說(shuō)明書(包括伴隨的權(quán)利要 求、摘要和附圖）中公開(kāi)的每個(gè)特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征來(lái)代替。
[0147] 此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此所述的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的 范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在下面的權(quán)利要求書中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任 意之一都可任意的組合方式來(lái)使用。
[0148] 本發(fā)明的各個(gè)部件實(shí)施例可硬件實(shí)現(xiàn)，或者W在一個(gè)或者多個(gè)處理器上運(yùn)行 的軟件模塊實(shí)現(xiàn)，或者W它們的組合實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在實(shí)踐中使用 微處理器或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種瀏覽器終端的設(shè)備中 的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可W實(shí)現(xiàn)為用于執(zhí)行運(yùn)里所描述的方 法的一部分或者全部的設(shè)備或者裝置程序(例如，計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品）。運(yùn)樣的 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的程序可W存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者可W具有一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)的形 式。運(yùn)樣的信號(hào)可W從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號(hào)上提供，或者W任何其他形 式提供。
[0149] 應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，并且本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計(jì)出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中， 不應(yīng)將位于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)構(gòu)造成對(duì)權(quán)利要求的限制。單詞"包含"不排除存在未 列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè)運(yùn)樣的 元件。本發(fā)明可W借助于包括有若干不同元件的硬件W及借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí) 現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權(quán)利要求中，運(yùn)些裝置中的若干個(gè)可W是通過(guò)同一個(gè)硬件項(xiàng) 來(lái)具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示任何順序?？蓪⑦\(yùn)些單詞解釋為名 稱。
[0150] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：W上各實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡 管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依 然可W對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn) 行等同替換；而運(yùn)些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù) 方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書的范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化方法，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出 現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化，其特征在于，包括： 計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)； 將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信代價(jià)進(jìn)行 比較； 在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo)通信代價(jià)時(shí)， 通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編 隊(duì)通信拓?fù)?，包括?對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最 小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)； 將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洌? 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通信代 價(jià)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多 次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括： 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值； 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第三通信代價(jià)； 若所述第三通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第三通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值； 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代價(jià)； 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值； 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代價(jià)； 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多 次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)，包括： 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng) 的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞謩e相 對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)以及交換距離； 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和交換 距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為：編隊(duì)通 信圖中的無(wú)人機(jī)均為候選的編隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。6. -種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渲貎?yōu)化系統(tǒng)，用于在編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)出 現(xiàn)通信故障后，對(duì)重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化，其特征在于，包括： 計(jì)算模塊，用于計(jì)算重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞牡谝煌ㄐ糯鷥r(jià)； 比較模塊，用于將所述第一通信代價(jià)與預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目標(biāo) 通信代價(jià)進(jìn)行比較； 優(yōu)化模塊，用于在所述第一通信代價(jià)大于預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的目 標(biāo)通信代價(jià)時(shí)，通過(guò)預(yù)設(shè)策略優(yōu)化所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化模塊，用于： 對(duì)編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行多次交換，獲取多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最 小樹(shù)形圖的第二通信代價(jià)； 將所述第二通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信拓?fù)渥鳛橹貎?yōu)化后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)洌? 其中，所述第二通信代價(jià)為多次交換位置后的編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖的最小通信代 價(jià)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化模塊，具體用于： 將所述第一通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的初始值； 對(duì)所述編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第一次交換，獲取第三通信代價(jià)； 若所述第三通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的初始值，則將所述第三通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值； 對(duì)第一次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第二次交換，獲取第四通信代價(jià)； 若所述第四通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第四通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值； 對(duì)第二次交換后的編隊(duì)通信圖中無(wú)人機(jī)的位置進(jìn)行第N次變換，獲取第五通信代價(jià)； 若所述第五通信代價(jià)小于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則將所述第五通信代價(jià)作為所 述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述優(yōu)化模塊，具體用于： 若所述第五通信代價(jià)等于所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值，則比較所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng) 的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)渑c所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)浞謩e相 對(duì)于所述重構(gòu)后的無(wú)人機(jī)編隊(duì)拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)以及交換距離； 若所述第五通信代價(jià)對(duì)應(yīng)的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞臒o(wú)人機(jī)的位置的交換次數(shù)和交換 距離更小，則將所述第五通信代價(jià)作為所述第二通信代價(jià)的優(yōu)化值。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)設(shè)狀態(tài)下的編隊(duì)通信圖為:編隊(duì)通 信圖中的無(wú)人機(jī)均為候選的編隊(duì)領(lǐng)航者且所有無(wú)人機(jī)之間相互通信正常。
【文檔編號(hào)】H04W40/24GK105873171SQ201610383787
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】羅賀, 王國(guó)強(qiáng), 胡笑旋, 馬華偉, 靳鵬, 夏維
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)