[发明专利]基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的重构方法及系统

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构方法及系统。

背景技术

在巡航阶段，所有无人机(UAV)使用初始的最优通信拓扑以保持一定的编队队形朝目标区域飞行。此通信拓扑中的通信链接只是UAV之间所有可用的通信链接集合的一部分，即有部分通信链接是没有被使用的，称之为冗余通信链接。由于机械故障或外界干扰等原因，编队飞行过程中某个或多个UAV可能会发生通信故障，使得当前通信拓扑中的某些通信链接不能够被使用，从而导致UAV不能继续保持编队队形，严重时甚至会导致UAV碰撞事故。因此，如何通过重构无人机编队通信拓扑，即选择某些冗余通信链接来代替原有通信拓扑中那些不能被使用的通信链接，以避免发生UAV碰撞事故并恢复编队队形成为了亟需解决的技术问题。

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构方法及系统，实现了在检测到通信故障之后，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。

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的重构方法，包括：

监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；

在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图；

计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。

可选的，所述根据通信故障的类型修改编队通信图，包括：

在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点和该节点的所有边删除；

在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有出边删除；

在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有入边删除；

在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。

可选的，在根据通信故障的类型修改编队通信图之后，所述方法还包括：

在所述修改后的编队通信图中，若无人机的对应节点被删除或无人机的对应节点的所有边被删除，则所述无人机关闭自身的单播发射机，并脱离编队。

可选的，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和该虚拟领航者节点到所有候选的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图；

相应的，计算修改后的编队通信图的最小树形图，根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑，包括：

若所述最小树形图存在，则将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。

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的重构系统，包括：

判断模块，用于监听广播通信信道，判断编队中的无人机是否出现通信故障；

编队通信图修改模块，用于在所述无人机出现通信故障时，根据通信故障的类型修改编队通信图；

计算模块，用于计算修改后的编队通信图的最小树形图；

编队通信拓扑重构模块，用于根据计算结果，重构无人机编队通信拓扑。

可选的，所述编队通信图修改模块，用于：

在无人机的广播发射机或广播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点和该节点的所有边删除；

在无人机的单播发射机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有出边删除；

在无人机的单播接收机出现故障时，将所述编队通信图中该无人机的对应节点的所有入边删除；

在第一无人机到第二无人机的通信链接出现故障时，将所述编队通信图中第一无人机的对应节点到第二无人机的对应节点的边删除。

可选的，所述系统还包括：

单播发射机关闭模块，用于在所述修改后的编队通信图中无人机的对应节点被删除或与无人机的对应节点的所有边被删除时，关闭所述无人机的单播发射机，并向所述无人机发送脱离编队的信号。

可选的，所述编队通信图为增加虚拟领航者节点和该虚拟领航者节点到所有候选的编队领航者的对应节点的边之后的编队通信图；

相应的，所述编队通信拓扑重构模块，用于：

在所述最小树形图存在时，将所述最小树形图中的虚拟领航者节点和相关边删除，得到重构后的无人机编队通信拓扑。