[发明专利]均衡能耗的无人机编队信息交互拓扑在线优化方法和装置

说明书

本发明提供一种均衡能耗的无人机编队信息交互拓扑在线优化方法和装置，涉及无人机通信领域。本发明基于无人机编队的三维队形和无人机的初始能量获取通信网络；基于通信网络获取加权有向图；基于加权有向图获取三维线性无关图；基于三维线性无关图获取无人机编队的信息交互拓扑；将无人机编队的信息交互拓扑发送给无人机；当无人机的飞行时间和初始时间的实时时间差大于预设的调度周期时，判断每个无人机的剩余能量是否均大于维持无人机飞行的最低能量；若满足条件，则基于当前剩余能量更新无人机编队的信息交互拓扑，并不断循环上述过程直至不满足条件；当不满足条件时，则命令无人机降落。本发明可以延长无人机编队执行任务时的可工作时间。

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，具体涉及一种均衡能耗的无人机编队信息交互拓扑在线优化方法和装置。

背景技术

随着科技的发展，无人机(UAV)技术愈发的被广泛应用于各种领域，例如军事、工业、环境监测、医疗卫生和智能交通等。在利用无人机进行工作时，控制多架无人机保持一定队形进行飞行工作是最重要的一环。无人机通常通过点对点的通信链接进行信息交互，以形成一定的编队队形，并保持此编队队形朝目标区域飞行。其中，所使用的通信链接被称为无人机编队的信息交互拓扑。

无人机上一般搭载有数据运算处理装置，使每架无人机构成网络计算节点。无人机在编队工作时，相互之间可以向其他无人机发送信号以及接收来自于其他无人机的信号，从而实现多无人机间的信息交流，并构建信息交互拓扑。

然而本申请的发明人发现，由于每架无人机可用的能量是有限的，但处于发送状态的无人机消耗能量的速度比处于接收状态的无人机消耗能量的速度快，因此在无人机编队执行任务时间较长时，会出现一架或几架无人机能量消耗过大的情况。即现有技术在实际应用中存在无人机编队在执行任务时的可工作时间短的缺点。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种均衡能耗的无人机编队信息交互拓扑在线优化方法和装置，解决了无人机编队在执行任务时的可工作时间短的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明解决其技术问题所提供的一种均衡能耗的无人机编队信息交互拓扑在线优化方法，所述优化方法由计算机执行，包括以下步骤：

S1、基于无人机编队的三维队形和无人机的初始能量获取通信网络；

S2、基于所述通信网络获取加权有向图；

S3、基于所述加权有向图获取三维线性无关图；

S4、基于所述三维线性无关图获取无人机编队的信息交互拓扑；

S5、将所述无人机编队的信息交互拓扑发送给无人机，并记录初始时间；

S6、记录无人机的每一个飞行时间，基于所述初始时间和所述每一个飞行时间获取无人机的实时时间差；

S7、当所述实时时间差大于预设的调度周期时，获取每个无人机的剩余能量，并判断：每个无人机的剩余能量是否均大于维持无人机飞行的最低能量；

若满足条件，则基于所述三维队形和所述剩余能量生成当前时间的无人机编队的信息交互拓扑；将所述无人机编队的信息交互拓扑更新为当前时间的无人机编队的信息交互拓扑，将所述初始时间更新为当前时间，并跳转到S5中，重复步骤S5-S7；

若不满足条件，则命令无人机降落。

优选的，在S2中，所述加权有向图的获取方法为：

获取所述通信网络的第一最小树形图，并将所述第一最小树形图中的弧及其反向弧从所述通信网络中删除，得到第一通信网络；