[发明专利]基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重优化方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，尤其涉及一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重优化方法及系统。

背景技术

在无人机出现故障后，目前一般通过重构通信拓扑的方式实现快速重构通信拓扑以避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形。

在快速重构通信拓扑之后，所有UAV都能确保安全了，某些UAV可能离开了编队(它们在一个不同的高度单独跟随预定的编队参考航迹或者独自飞回所属机场)，剩余的UAV则继续保持编队队形朝目标区域飞行，但是重构后的通信拓扑对应的编队通信代价不一定是最优的，因此有必要通过UAV位置重构(交换UAV在编队队形中的位置或者令某个UAV去填补另外一个离开编队的UAV所留下的空位)来重优化通信拓扑以最小化编队通信代价并继续保持编队队形。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重优化方法及系统，确保通过UAV位置重构一定能得到最优的通信拓扑。

第一方面，本发明提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重优化方法，用于在编队中的无人机出现通信故障后，对重构后的无人机编队通信拓扑的优化，包括：

计算重构后的无人机编队通信拓扑的第一通信代价；

将所述第一通信代价与预设状态下的编队通信图的最小树形图的目标通信代价进行比较；

在所述第一通信代价大于预设状态下的编队通信图的最小树形图的目标通信代价时，通过预设策略优化所述重构后的无人机编队通信拓扑。

可选的，通过预设策略优化所述重构后的无人机编队通信拓扑，包括：

对编队通信图中无人机的位置进行多次交换，获取多次交换位置后的编队通信图的最小树形图的第二通信代价；

将所述第二通信代价对应的编队通信拓扑作为重优化后的无人机编队通信拓扑；

其中，所述第二通信代价为多次交换位置后的编队通信图的最小树形图的最小通信代价。

可选的，所述对编队通信图中无人机的位置进行多次交换，获取多次交换位置后的编队通信图的最小树形图的第二通信代价，包括：

将所述第一通信代价作为所述第二通信代价的初始值；

对所述编队通信图中无人机的位置进行第一次交换，获取第三通信代价；

若所述第三通信代价小于所述第二通信代价的初始值，则将所述第三通信代价作为所述第二通信代价的优化值；

对第一次交换后的编队通信图中无人机的位置进行第二次交换，获取第四通信代价；

若所述第四通信代价小于所述第二通信代价的优化值，则将所述第四通信代价作为所述第二通信代价的优化值；

对第二次交换后的编队通信图中无人机的位置进行第N次变换，获取第五通信代价；

若所述第五通信代价小于所述第二通信代价的优化值，则将所述第五通信代价作为所述第二通信代价的优化值。

可选的，所述对编队通信图中无人机的位置进行多次交换，获取多次交换位置后的编队通信图的最小树形图的第二通信代价，包括：

若所述第五通信代价等于所述第二通信代价的优化值，则比较所述第五通信代价对应的无人机编队通信拓扑与所述第二通信代价的优化值对应的无人机编队通信拓扑分别相对于所述重构后的无人机编队拓扑的无人机的位置的交换次数以及交换距离；

若所述第五通信代价对应的无人机编队通信拓扑的无人机的位置的交换次数和交换距离更小，则将所述第五通信代价作为所述第二通信代价的优化值。

可选的，所述预设状态下的编队通信图为：编队通信图中的无人机均为候选的编队领航者且所有无人机之间相互通信正常。

第二方面，本发明还提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑重优化系统，用于在编队中的无人机出现通信故障后，对重构后的无人机编队通信拓扑的优化，包括：

计算模块，用于计算重构后的无人机编队通信拓扑的第一通信代价；

比较模块，用于将所述第一通信代价与预设状态下的编队通信图的最小树形图的目标通信代价进行比较；

优化模块，用于在所述第一通信代价大于预设状态下的编队通信图的最小树形图的目标通信代价时，通过预设策略优化所述重构后的无人机编队通信拓扑。

可选的，所述优化模块，用于：

对编队通信图中无人机的位置进行多次交换，获取多次交换位置后的编队通信图的最小树形图的第二通信代价；

将所述第二通信代价对应的编队通信拓扑作为重优化后的无人机编队通信拓扑；