无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术实施例提供的装置基于上文所述的方法实现。本发明专利技术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。

Method and device for generating optimal information interaction topology of unmanned aerial vehicle formation

The invention provides a device for UAV formation and optimal information interactive topology generation method, the method includes: according to the weight without formation of man-machine need to form two-dimensional persistent formation access communication network topology and its corresponding graph; according to the calculation of undirected weighted two dimensional optimal rigid graph of the two-dimensional optimal rigid graph students a probabilistic method; according to the two-dimensional optimal rigid graph and two-dimensional optimal persistent graph generation algorithm to obtain two-dimensional optimal persistent graph, the two-dimensional optimal lasting figure is the optimal information interaction topology of the formation. The device provided by the embodiment of the invention is realized based on the method described above. The invention can make the formation cost of the formation of the two dimensional long lasting formation in the process of maintaining formation formation with the least cost.

【技术实现步骤摘要】
无人机编队最优信息交互拓扑生成方法及装置
本专利技术涉及通信
，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。
技术介绍
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(formationshape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(informationexchangetopology)、通信拓扑(communicationtopology)、连接拓扑(connectiontopology)、信息结构(InformationStructure)或者信息拓扑(InformationTopology)，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(CommunicationNetworkTopology)。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。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术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，本专利技术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；当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m＝2n-3时，则所述第六有向图为二维最优持久图。可选地，所述二维最优持久图生成算法还包括：当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m<(2n-3)时，获取所述二维最优刚性图中的第l条边对应的两条弧，符号l的初始值为1；若该两条弧都不在所述第六有向图中，获取第l条边对应两节点的入度；当第l条边对应的两节点的入度不都等于2时，将该两个节点中任意一个入度小于2的节点的连接另外那个节点的入弧添加到所述第六有向图中得到第七有向图；若所述第七有向图中弧的数量m等于(2n-3)时，则所述第七有向图为二维最优持久图；否则将所述第六有向图中的数据更新为所述第七有向图中的数据。可选地，所述二维最优持久图生成算法还包括：当第l条边对应的两节点的入度都等于2时，将该第l条边对应的一条弧添加到第六有向图中得到第七有向图；该弧为第l条边所对应第一节点的入弧；按照先入度1后入度0的方式在所述第七有向图中寻找入度小于2的一个第二节点，并获取所述第二节点与所述第一节点之间具有最少跳数的路径；将所述最少跳数的路径对应的所有弧反向得到第八有向图；若所述第八有向图中弧的数量m等于(2n-3)时，则所述第八有向图为二维最优持久图；否则将所述第六有向图中的数据更新为所述第八有向图中的数据。可选地，所述二维最优持久图生成算法还包括：将所述符号l的值增加1，若符号l小于等于(2n-3)时，则继续判断第l条边对应的两条弧是否都不在所述第六有向图中。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种无人机编队最优信息交互拓扑生成装置，所述装置包括：赋权无向图获取模块，用于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；二维最优刚性图获取模块，用于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；最优信息交互拓扑获取模块，用于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，所述最优信息交互拓扑获取模块利用二维最优持久图生成算法获取二维最优持久图的步骤包括：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；当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m＝2n-3时，则所述第六有向图为二维最优持久图。可选地，所述最优信息交互拓扑获取模块利用二维最优持久图生成算法获取二维最优持久图的步骤还包括：当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m<(2n-3)时，获取所述二维最优刚性图中的第l条边对应的两条弧，符号l的初始值为1；若该两条弧都不在所述第六有向图中，获取第l条边对应两节点的入度；当第l条边对应的两节点的入度不都等于2时，将该两个节点中任意一个入度小于2的节点的连接另外那个节点的入弧添加到所述第六有向图中得到第七有向图；若所述第七有向图中弧的数量m等于(2n-3)时，则所述第七有向图为二维最优持久图；否则将所述第六有向图中的数据更新为所述第七有向图中的数据。可选地，所述最优信息交互拓扑获取模块利用二维最优持久图生成算法获取二维最优持久图的步骤还包括：当第l条边对应的两节点的入度都等于2时，将该第l条边对应的一条弧添加到第六有向图中得到第七有向图；该弧为第l条边所对应第一节点的入弧；按照先入度1后入度0的方式在所述第七有向图中寻找入度小于2的一个第二节点，并获取所述第二节点与所述第一节点之间具有最少跳数的路径；将所述最少跳数的路径对应的所有弧反向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，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；当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m＝2n-3时，则所述第六有向图为二维最优持久图。3.根据权利要求2所述的无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，所述二维最优持久图生成算法还包括：当所述二维最优刚性图的节点数量为n且m满足m<(2n-3)时，获取所述二维最优刚性图中的第l条边对应的两条弧，符号l的初始值为1；若该两条弧都不在所述第六有向图中，获取第l条边对应两节点的入度；当第l条边对应的两节点的入度不都等于2时，将该两个节点中任意一个入度小于2的节点的连接另外那个节点的入弧添加到所述第六有向图中得到第七有向图；若所述第七有向图中弧的数量m等于(2n-3)时，则所述第七有向图为二维最优持久图；否则将所述第六有向图中的数据更新为所述第七有向图中的数据。4.根据权利要求3所述的无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，所述二维最优持久图生成算法还包括：当第l条边对应的两节点的入度都等于2时，将该第l条边对应的一条弧添加到第六有向图中得到第七有向图；该弧为第l条边所对应第一节点的入弧；按照先入度1后入度0的方式在所述第七有向图中寻找入度小于2的一个第二节点，并获取所述第二节点与所述第一节点之间具有最少跳数的路径；将所述最少跳数的路径对应的所有弧反向得到第八有向图；若所述第八有向图中弧的数量m等于(2n-3)时，则所述第八有向图为二维最优持久图；否则将所述第六有向图中的数据更新为所述第八有向图中的数据。5.根据权利要求3或4所述的无人机编队最优信息交互拓扑生成方法，其特征在于，所述二维最优持久图生成算法还包括：将所述符号l的值增加1，若符号l小于等于(2n-3)时，则继续判断第l条边对应的两条弧是否都不在所述第六有向图中。6.一种无人机编队最优信息交互拓扑生成装置，其特征在于，所述装置包括：赋权无向图获取模块，用于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...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗贺，王国强，胡笑旋，马华伟，靳鹏，夏维，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34