基于改进人工蜂群算法的无人机编队拓扑生成优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进人工蜂群算法的无人机编队多目标信息交互拓扑优化方法，依据无人机菱形编队中多目标规划建立链长、平均网络延迟和平均剩余能量；然后设定各个目标的隶属函数，并将隶属函数转化为统一的偏差值；采用深度邻域搜索算子DSF修正依据人工蜂群算法构建的无人机编队，得到能够更加高效的寻求偏差最小的无人机编队生成信息交互拓扑。本发明专利技术能够满足不同无人机编队信息交互拓扑生成的要求，在节省无人机能量的同时，降低无人机编队的通信延迟，并且使编队的能量分布更加均匀。对无人机编队快速生成信息交互拓扑具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于改进人工蜂群算法的无人机编队拓扑生成优化方法
本专利技术涉及无人机编队拓扑的生成方法，更特别的说，是指一种考虑通信延迟和能量的无人机信息交互的拓扑优化，采用的是改进人工蜂群算法来对无人机编队生成中无人机为菱形编队时的多目标信息交互的拓扑结构进行优化的方法。
技术介绍
编队飞行是指两架及两架以上无人机按一定队形编组或排列飞行。在编队飞行中，各机之间必须保持规定的距离、间隔和高度差。基本的编队队形有纵队、横队、楔形队、菱形队。编队飞行的中心问题是保持规定队形并充分发挥飞机性能。长机在选择飞行状态时应给僚机修正偏差的余地，僚机要与长机密切配合。飞行中，长机根据需要发出指令改变编队方案和各机相对位置。编队飞行要求精度高、纪律严、目视能力强，可用于攻击、轰炸、侦察、空投、搜索、掩护、防御、空中摄影、检阅、表演、训练等。《导弹自主编队协同制导控制技术》，吴森堂，2015年9月第1版，第305-307页。指出了无人机系统结构，如图1所示。图中“编队制导计算机”用于完成无人机编队的队形生成与导引、队形控制与保持，其职责是根据编队决策与管理系统所生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进人工蜂群算法的无人机编队拓扑生成优化方法，编队制导计算机接收来自导航计算机的同一编队无人机机群中进行的各个无人机交互信息；其特征在于具体步骤为：/n步骤一：构建无人机编队的二维邻接矩阵；/n编队制导计算机依据无人机编队队形信息中的无人机个数来构造边连通图G＝(UAV,MV)；两两无人机之间存在有一条双向的信息交互通道，所述信息交互通道称为边连通图的边，每一个无人机为边连通图的顶点；/n从无人机编队连通图G＝(UAV,MV)中获取无人机作为顶点的关联矩阵关系，称为无人机编队二维邻接矩阵，记为LL，且LL＝[L

【技术特征摘要】
1.一种基于改进人工蜂群算法的无人机编队拓扑生成优化方法，编队制导计算机接收来自导航计算机的同一编队无人机机群中进行的各个无人机交互信息；其特征在于具体步骤为：
步骤一：构建无人机编队的二维邻接矩阵；
编队制导计算机依据无人机编队队形信息中的无人机个数来构造边连通图G＝(UAV,MV)；两两无人机之间存在有一条双向的信息交互通道，所述信息交互通道称为边连通图的边，每一个无人机为边连通图的顶点；
从无人机编队连通图G＝(UAV,MV)中获取无人机作为顶点的关联矩阵关系，称为无人机编队二维邻接矩阵，记为LL，且LL＝[Li,j]n×n；
Li,j为第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的通信关联关系；
所述的无人机编队二维邻接矩阵LL＝[Li,j]n×n是与信息交互拓扑中的通信相对应的；若无人机uavi与无人机uavj存在有通信，则赋值为1；反之，若无人机uavi与无人机uavj不存在通信，则赋值为0；
步骤二：构建无人机编队通信链路的链长矩阵；
在本发明中，两两无人机之间进行的信息交互时的通信链路长度是一个相对通信距离(单位：m)数值；
在本发明中，编队制导计算机从导航计算机处获取各个无人机的通信有效范围，从而建立无人机编队通信链路的链长矩阵，记为CC，且CC＝[Ci,j]n×n；
Ci,j表示第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间通信链路的长度；
n表示一个编队无人机机群中无人机的总数目；
在本发明中，Ci,j＝di,j×Li,j，di,j为第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的通信距离，Li,j为无人机uavi与无人机uavj之间的通信关联关系；
在本发明中，需要计算的通信链路长度的隶属函数，记为μλ(Ci,j)：



Cmax为当前迭代次数的最长链长；
Cmin为当前迭代次数的最小链长；
Cnew为当前迭代次数的链长；
步骤三：构建无人机编队组网后的平均网络延迟矩阵；
在本发明中，两两无人机之间进行的信息交互时的发生的网络延迟(单位：ms)；
在本发明中，建立的无人机编队组网后的平均网络延迟矩阵，记为DD，且DD＝[Di,j]n×n；
Di,j表示第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的平均网络延迟；
n表示一个编队无人机机群中无人机的总数目；
在本发明中，Di,j＝hi,j×Li,j，hi,j为第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的平均网络延迟，Li,j为无人机uavi与无人机uavj之间的通信关联关系；
在本发明中，需要计算的平均网络延迟的隶属函数，记为uλ(Di,j)：



Dmax为当前迭代次数的最大延迟；
Dmin为当前迭代次数的最小延迟；
Dnew为当前迭代次数的延迟；
步骤四：构建无人机编队组网后的平均剩余能量矩阵；
在本发明中，两两无人机之间进行的信息交互时的平均剩余能量(单位：百分比)；
在本发明中，建立的无人机编队组网后的平均剩余能量矩阵，记为EE，且EE＝[Ei,j]n×n；
Ei,j表示第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的平均剩余能量；
n表示一个编队无人机机群中无人机的总数目；
在本发明中，Ei,j＝ri,j×Li,j，ri,j为第i架无人机uavi与第j架无人机uavj之间的平均剩余能量，Li,j为无人机uavi与无人机uavj之间的通信关联关系；
在本发明中，需要计算的平均剩余能量的隶属函数，记为uλ(Ei,j)：



最大的平均剩余能量记为Emax；所述Emax取值为1；
最小的平均剩余能量记为Emin；所述Emin取值为0.1；所述Emin对应初始解的平均剩余能量；
当前的平均剩余能量记为Enew；
步骤五：计算总的蜜源偏差；
在本发明中，总的蜜源偏差值，记为fit(x)：












σ1为通信链路长度的权重；
σ2为平均网络延迟的权重；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷晓燕，陈亮，王志钢，何锋，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11