无人‑有人机编队通信拓扑启发式优化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‑有人机编队通信拓扑启发式优化方法及装置。所述方法包括：S1、根据无人‑有人机编队需要组成的二维持久编队的队形获取编队通信图；S2、当无人‑有人机编队发生通信故障时，根据通信故障的类型构建第一重构编队通信图；S3、根据通信拓扑重构算法获取第一重构编队通信图对应的第一最优重构通信拓扑；S4、根据第一最优重构通信拓扑、无人‑有人机编队的若干位置配置和通信拓扑重构算法获取满足预设条件n＞|V|×(|V|‑1)/2的第二最优重构通信拓扑即为无人‑有人机编队的重优化通信拓扑。本发明专利技术可以确保大规模无人‑有人机编队在有通信故障时避免发生飞机碰撞事故并恢复编队队形，同时保持编队的通信代价较小。

【技术实现步骤摘要】
无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法及装置
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法及装置。
技术介绍
在起飞巡航阶段，无人-有人机编队中各飞机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编队的通信拓扑(communicationtopology)、信息交互拓扑(informationexchangetopology)、连接拓扑(connectiontopology)、信息结构(InformationStructure)或者信息拓扑(InformationTopology)，它们只是无人-有人机编队中任意两飞机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“通信拓扑”这一名称。同时，将无人-有人机编队所有可用的通信链接的集合称为编队的编队通信图(FormationCommunicationGraph)。由于通信拓扑中任何两位置无人机和/或有人机之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人‑有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1、根据无人‑有人机编队需要组成的二维持久编队的队形获取编队通信图；S2、当所述无人‑有人机编队发生通信故障时，根据所述通信故障的类型在所述编队通信图中删除通信故障弧或通信故障节点以构建第一重构编队通信图；S3、根据通信拓扑重构算法获取所述第一重构编队通信图对应的第一最优重构通信拓扑；S4、根据所述第一最优重构通信拓扑、无人‑有人机编队的若干位置配置和所述通信拓扑重构算法获取满足预设条件n＞|V|×(|V|‑1)/2的第二最优重构通信拓扑即为所述无人‑有人机编队的重优化通信拓扑；所述位置配置是指无人‑有人机编队中各架飞机在...

【技术特征摘要】
1.一种无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述方法包括：S1、根据无人-有人机编队需要组成的二维持久编队的队形获取编队通信图；S2、当所述无人-有人机编队发生通信故障时，根据所述通信故障的类型在所述编队通信图中删除通信故障弧或通信故障节点以构建第一重构编队通信图；S3、根据通信拓扑重构算法获取所述第一重构编队通信图对应的第一最优重构通信拓扑；S4、根据所述第一最优重构通信拓扑、无人-有人机编队的若干位置配置和所述通信拓扑重构算法获取满足预设条件n＞|V|×(|V|-1)/2的第二最优重构通信拓扑即为所述无人-有人机编队的重优化通信拓扑；所述位置配置是指无人-有人机编队中各架飞机在编队队形中的位置；通信故障发生之前的位置配置为第一位置配置Pr；|V|表示无人-有人机编队中飞机的数量；n取1、2、……、|V|×(|V|-1)/2。2.根据权利要求1所述的无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：S41、将重优化通信拓扑To初始化为所述第一最优重构通信拓扑Tr，将重优化位置配置Po初始化为所述第一位置配置Pr；第二最优重构通信拓对应的位置配置为第二位置配置Pn，并将符号n初始化为1；S42、从{1，2，……，|V|}中任选2个元素组合{i，j}，在所述第一位置配置Pr的基础上交换PLANEi的位置pi和PLANEj的位置pj得到|V|×(|V|-1)/2个位置配置的集合；S43、从所述|V|×(|V|-1)/2个位置配置的集合中获取第n个位置配置作为第二位置配置Pn，并根据所述第二位置配置Pn构建满足故障约束条件的第二重构编队通信图；S44、根据所述第二重构编队通信图和所述通信拓扑重构算法计算出所述第二位置配置Pn对应的第二最优重构通信拓扑Tn；S45、计算所述第二最优重构通信拓扑Tn的权重值，若该权重值小于所述重优化通信拓扑To的权重值，则将所述重优化通信拓扑To更新为所述第二最优重构通信拓扑Tn，将所述重优化位置配置Po更新为所述第二位置配置Pn；S46、若该权重值等于所述重优化通信拓扑To的权重值，则计算从第一位置配置Pr切换到所述第二位置配置Pn的PLANE移动距离之和，若该PLANE移动距离之和小于从第一位置配置Pr切换到所述重优化位置配置Po的PLANE移动距离之和，则将重优化通信拓扑To更新为所述第二最优重构通信拓扑Tn，将重优化位置配置Po更新为所述第二位置配置Pn；S47、将所述符号n的值增加1，判断n是否满足预设条件n＞|V|×(|V|-1)/2，若不满足转到步骤S43。3.根据权利要求1所述的无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括：若所述通信故障的类型为单播发射机故障，则删除所述编队通信图中对应节点的所有出弧；若所述通信故障的类型为单播接收机故障，则删除所述编队通信图中对应节点的所有入弧；若所述通信故障的类型为单播收发机故障、广播发射机故障或者广播接收机故障，则删除所述编队通信图中对应节点的所有入弧和出弧以及该节点；或者，若通信故障的类型为任意两飞机之间的链接中断，则删除所述编队通信图中该链接对应的弧；在所述编队通信图中，若某个无人机的对应节点被删除或该节点的所有弧被删除，则所述无人机退出编队并独自返回机场；若某个有人机的对应节点被删除或该节点的所有弧被删除，则所述有人机退出编队并在一个不同的飞行高度上跟随编队参考航迹飞行。4.根据权利要求1所述的无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述步骤S3包括：获取所述第一重构编队通信图的二维最优持久图；若存在一个有人机在所述二维最优持久图中对应节点的入度为0，则所述二维最优持久图即为第一最优重构通信拓扑；否则，通过弧反向操作对所述二维最优持久图中进行调整，调整后的二维最优持久图即为第一最优重构通信拓扑。5.根据权利要求4所述的无人-有人机编队通信拓扑启发式优化方法，其特征在于，所述获取所述第一重构编队通信图的二维最优持久图的步骤包括：计算所述第一重构编队通信图的二维最优刚性图；将所述二维最优刚性图中每条边转换成属于所述第一重构编队通信图的一条弧或者两条权值相同但方向相反的弧得到第一有向图；在所述第一有向图中增加一个虚拟领航者节点和所述虚拟领航者节点到每个有人机对应节点的出弧得到第二有向图；根据所述第二有向图计算其第一最小树形图，并将所述第一最小树形图中的虚拟领航者节点和其出弧删除得到第三有向图；从所述第二有向图中删除所述第三有向图中的所有弧及其对应的反向弧得到第四有向图；根据所述第四有向图计算其第二最小树形图，并将所述第二最小树形图中的虚拟领航者节点和其出弧删除得到第五有向图；合并所述第三有向图和所述第五有向图得到第六有向图及其弧的数量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；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条边对应的属于所述第一有向图中弧集合的一条或者两条弧，符号l的初始值为1；若该一条或者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；若该第l条边对应的两节点的入度不都等于2且其中一个入度小于2的节点的入弧属于所述第一有向图中弧集合，则将该入度小于2的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等于(2n-3)，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；若该第l条边对应的两节点的入度都等于2且该第l条边对应的一条弧属于所述第一有向图中弧集合，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，记该弧指向的节点为第一节点；在所述第六有向图中寻找入度小于2的一个第二节点，使得所述第二节点与所述第一节点之间具有最少跳数的路径，并且所述最少跳数的路径对应的所有弧的反向弧都在所述第一有向图中弧集合中，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；否则从所述第七有向图中删除已添加的该第l条边对应的一条弧，从优化编队通信图中删除该第l条边对应的两条弧，重新计算；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；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条边对应的一条或两条弧是否都不在所述第六有向图中。6.一种无人-有人机编队通信拓扑启发式优化装置，其特征在于，所述装置包括：编队通信图获取模块，用于根据无人-有人机编队需要组成的二维持久...

【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