[发明专利]无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置

说明书

本发明提供了一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置，该方法包括：根据无人机需要组成的二维持久编队的编队队形获取通信网络拓扑及其对应的赋权无向图；根据二维最优刚性图生成算法计算所述赋权无向图的二维最优刚性图；根据所述二维最优刚性图和二维最优持久图生成算法获取二维最优持久图，所述二维最优持久图即为该编队的最优信息交互拓扑。本发明实施例提供的装置基于上文所述的方法实现。本发明可以使二维持久编队在保持编队队形过程中的编队通信代价最小。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置。

背景技术

在起飞巡航阶段，所有无人机(UAV)通常通过点对点的通信链接(communicationlinks)进行信息交互，以形成一定的编队队形(formation shape或者formationgeometry)，并保持此编队队形继续朝目标区域飞行。其中所使用的通信链接被称为UAV编队的信息交互拓扑(information exchange topology)、通信拓扑(communicationtopology)、连接拓扑(connection topology)、信息结构(Information Structure)或者信息拓扑(Information Topology)，它们只是UAV之间所有可用的通信链接集合中的一部分。为了统一表述，下文采用“信息交互拓扑”这一名称。同时，将UAV之间所有可用的通信链接的集合称为UAV编队的通信网络拓扑(Communication Network Topology)。

由于信息交互拓扑中任何两位置UAV之间的通信距离不同，导致信息交互拓扑中不同UAV之间通信链接具有不同的通信代价并会消耗UAV相应的电池电量或燃料。实际应用中，两个UAV之间通信链接的通信代价受到很多因素影响，例如，任务要求、通信距离、飞行性能、安全性等。为简化说明，上述通信代价直接采用通信距离来表示。

同时，每架UAV可用的电池电量或燃料又是有限的。因此，如何通过优化无人机编队信息交互拓扑，降低UAV的电池电量或燃料的消耗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，本发明提供了一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置，用于实现二维持久编队在保持编队队形飞行的过程中的编队通信代价最小。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，所述方法包括：

根据无人机需要组成的二维持久编队的编队队形获取通信网络拓扑及其对应的赋权无向图；

根据二维最优刚性图生成算法计算所述赋权无向图的二维最优刚性图；

根据所述二维最优刚性图和二维最优持久图生成算法获取二维最优持久图，所述二维最优持久图即为该编队的最优信息交互拓扑。

可选地，所述二维最优持久图生成算法包括：

将所述二维最优刚性图转换成第一有向图；

在所述第一有向图中增加虚拟领航者节点得到第二有向图；所述虚拟领航者节点与所述第一有向图中每个节点之间设置有两条出弧，并且所述虚拟领航者节点的每条出弧的权值相同并大于所述第一有向图中全部弧的权值之和；

获取所述第二有向图的第一最小树形图，并删除所述第一最小树形图中所述虚拟领航者节点及其对应的出弧得到第三有向图；

删除所述第二有向图中对应所述第一最小树形图中所有弧及其对应的反向弧得到第四有向图；

获取所述第四有向图的第二最小树形图，并删除所述第二最小树形图中所述虚拟领航者节点及其对应的出弧得到第五有向图；

合并所述第三有向图和所述第五有向图得到第六有向图以及所述第六有向图中弧的数量m；