基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方法及系統(tǒng)，該方法包括：根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖；計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖；判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)?。該方法根?jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖，并通過(guò)計(jì)算編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖，再判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洌ＷC了編隊(duì)保持過(guò)程中整體的通信代價(jià)最小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)及無(wú)人機(jī)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通 信拓?fù)涞墨@取方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002 ]在起飛巡航階段，所有無(wú)人機(jī)(UAV)通常通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈接(commun i cat i on links )進(jìn)行信息交互，W形成一定的編隊(duì)隊(duì)形（format ion shape或者format ion geometry),并保持此編隊(duì)隊(duì)形繼續(xù)朝目標(biāo)區(qū)域飛行。其中所使用的通信鏈接被稱(chēng)為UAV編 隊(duì)白勺通?言樂(lè)石撲（communication topo 1〇邑y)、f言息交互樂(lè)石撲（inf ormation exchange topology)或者連接拓?fù)洌╟onnection topology)，它們只是UAV之間所有可用的通信鏈接 集合中的一部分。因?yàn)橥ㄐ啪嚯x的不同，通信拓?fù)渲械耐ㄐ沛溄油ǔ＞哂胁煌耐ㄐ糯鷥r(jià) 并會(huì)消耗UAV相應(yīng)的電池電量或燃料。此外，每架UAV可用的電池電量或燃料又是有限的。因 此，如何通過(guò)優(yōu)化無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)?，降低UVA電池的電量或燃料的消耗成為了亟需解決 的技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓 撲的獲取方法及系統(tǒng)，保證了編隊(duì)保持過(guò)程中整體的通信代價(jià)最小。
[0004] 第一方面，本發(fā)明提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方 法，包括：
[0005] 根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖；
[0006] 計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖；
[0007] 判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié) 果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[000引可選的，所述根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洌ǎ?br>[0009] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最小樹(shù)形 圖作為所述最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0010] 可選的，所述根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)?，包括?br>[0011] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù) 形圖中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者；
[0012] 將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化 后的通信拓?fù)洹?br>[0013] 可選的，所述根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖，包括：
[0014] 將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。
[0015] 可選的，所述計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖，包括：
[0016] 通過(guò)E血onds算法計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖。
[0017] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取系 統(tǒng)，包括：
[0018] 編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖；
[0019] 最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖；
[0020] 判斷模塊，用于判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航 者；
[0021] 獲取模塊，用于根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0022] 可選的，所述獲取模塊，用于：
[0023] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最小樹(shù) 形圖作為所述最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0024] 可選的，所述獲取模塊，進(jìn)一步用于：
[0025] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù) 形圖中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者；
[0026] 將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化 后的通信拓?fù)洹?br>[0027] 可選的，所述編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊，用于：
[0028] 將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。
[0029] 可選的，所述最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊，用于：
[0030] 通過(guò)E血onds算法計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖。
[0031] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞?獲取方法及系統(tǒng)，根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖，并通過(guò)計(jì)算編隊(duì)通信圖的最小樹(shù) 形圖，再判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié)果， 獲取最優(yōu)通信拓?fù)?，保證了編隊(duì)保持過(guò)程中整體的通信代價(jià)最小。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W 根據(jù)運(yùn)些圖獲得其他的附圖。
[0033] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方法 的流程示意圖；
[0034] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例提供的編隊(duì)飛行前的編隊(duì)的隊(duì)形的示意圖；
[0035] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例提供的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0036] 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0037] 圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涫疽鈭D；
[0038] 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例提供的基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0040] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取 方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括：
[0041] 101、根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖；
[0042] 包括:將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。其中，任意兩 個(gè)無(wú)人機(jī)之間都有雙向的通信鏈接，每個(gè)通信鏈接的通信代價(jià)由相應(yīng)的通信距離決定。
[0043] 102、計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖；
[0044] 103、判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷 結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0045] 包括:在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最 小樹(shù)形圖作為所述最優(yōu)通信拓?fù)?。在所述最小?shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì) 領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù)形圖中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng) 航者;將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化后 的通信拓?fù)洹?br>[0046] 上述方法根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖，并通過(guò)計(jì)算編隊(duì)通信圖的最小樹(shù) 形圖，再判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié)果， 獲取最優(yōu)通信拓?fù)?，保證了編隊(duì)保持過(guò)程中整體的通信代價(jià)最小。
[0047] 在對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明之前，首先對(duì)UAV形成和保持編隊(duì)隊(duì)形的編隊(duì)控制方 法W及編隊(duì)通信拓?fù)溥M(jìn)行說(shuō)明。
[004引 UAV形成和保持編隊(duì)隊(duì)形的編隊(duì)控制方法主要有四種:領(lǐng)航-跟隨者策略（leader- follower strategy)、虛擬結(jié)構(gòu)策略 （virtual structure strategy)、行為策略 (behavioral strategy)、一致性策略（consensus-based strategy)。其中，領(lǐng)航-跟隨者策 略最為成熟，它的基本思想是：編隊(duì)中的只有一個(gè)U A V作為編隊(duì)領(lǐng)航者（f 0 r m a t i 0 η leader),它按照預(yù)定的編隊(duì)參考航跡飛行;其余UAV作為跟隨者(follower),它們直接或間 接地跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者，比如：一個(gè)UAV可能直接跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者，也可能跟隨另外一個(gè)直接 或間接跟隨編隊(duì)領(lǐng)航者的UAV。如果第i個(gè)無(wú)人機(jī)UAVi直接跟隨第j個(gè)無(wú)人機(jī)UAVj，UAVi稱(chēng)為 UAVj的跟隨者，UAVj稱(chēng)為UAVi的領(lǐng)航者。UAVj會(huì)每隔Tcontroi秒通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈接向UAVi 發(fā)送自己的位置、速度和方向信息。當(dāng)UAVi接收到運(yùn)些信息后，將據(jù)此來(lái)調(diào)整自身的速度和 方向W實(shí)現(xiàn)和UAVj之間保持預(yù)期的相對(duì)位置。當(dāng)所有的UAV都能實(shí)現(xiàn)和其領(lǐng)航者保持預(yù)期 的相對(duì)位置時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)隊(duì)形的保持。
[0049] 假設(shè)η個(gè)UAV使用領(lǐng)航-跟隨者策略來(lái)形成和保持一個(gè)編隊(duì)隊(duì)形S，S中的η個(gè)位置分 別編號(hào)為{1，2, ···，!!}，每個(gè)UAV可W位于S中的任意一個(gè)位置，某幾個(gè)UAV但并不是所有的 UAV可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者，每個(gè)UAV可W通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈接和其它任意UAV進(jìn)行信息交互， 每個(gè)通信鏈接的通信代價(jià)由其相應(yīng)的通信距離決定。因此，可W用一個(gè)加權(quán)有向圖G=(V, E，W，P)來(lái)表示編隊(duì)中UAV之間所有可用的通信鏈接，并簡(jiǎn)稱(chēng)為編隊(duì)通信圖：
[0050] (l)V={vi}是圖中的節(jié)點(diǎn)集合，其中V康示第i個(gè)無(wú)人機(jī)UAVi。
[0051 ] (2)應(yīng)= k/.; gFx FJ <!·，,/<巧是圖中的邊集合，其中ei康示從UAVi到UAV巧一 個(gè)可用的通信鏈接從而使得UAVi能發(fā)送信息給UAVj，即UAV巧W成為UAV撕領(lǐng)航者。
[0052] (3)胖={巧(64)}，6"即是圖中每條邊的權(quán)值集合，其中巧(6")表示64的通信代價(jià)。 [0053 ] (4)P={pi}，l《i《η是每個(gè)UAV在編隊(duì)隊(duì)形S的具體位置集合，簡(jiǎn)稱(chēng)為UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具體位置。
[0054] 根據(jù)前面的描述可知，每個(gè)UAV只需要從其領(lǐng)航者接收信息和發(fā)送信息給其跟隨 者，運(yùn)意味著不需要使用所有可用的通信鏈接就可W實(shí)現(xiàn)編隊(duì)隊(duì)形的形成和保持。因此， UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銩=(V，E^W^P)是其編隊(duì)通信圖G=(V，E，W，P)的一個(gè)特殊子圖，其中 ￡，W" c r，并具有如下兩個(gè)特性。
[0055] 定理1:基于領(lǐng)航-跟隨者策略的UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銩必須是其編隊(duì)通信圖G的一 棵生成樹(shù)（spanning tree)，但是其編隊(duì)通信圖G的一棵生成樹(shù)并不一定能作為其通信拓 撲。
[0056] 定理2:基于領(lǐng)航-跟隨者策略的UAV編隊(duì)的通信拓?fù)銩必須是其編隊(duì)通信圖G的一 棵生成樹(shù)(spanning化ee)，并且其根節(jié)點(diǎn)所表示的UAV必須能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者;反之亦 然。
[0057] 由于編隊(duì)通信圖G可能有多個(gè)生成樹(shù)都能夠作為此UAV編隊(duì)的通信拓?fù)?，運(yùn)些生成 樹(shù)由不同的通信鏈接組成從而具有不同的通信代價(jià)。令w(A)表示生成樹(shù)A=(V，E^W^P)的 通信代價(jià)，目[
°因此，編隊(duì)飛行前的初始通信拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題就是找到編隊(duì) 通信圖G的一棵滿(mǎn)足如下條件的生成樹(shù):具有最小的通信代價(jià)并且其根節(jié)點(diǎn)代表的UAV能夠 作為編隊(duì)領(lǐng)航者。本實(shí)施例將此問(wèn)題建模為圖論中的最小樹(shù)形圖（minimum cost a;rborescence，MCA)問(wèn)題，即求解一個(gè)加權(quán)有向圖的最小生成樹(shù)。求解MCA問(wèn)題的第一個(gè)算 法是Edmonds算法，其計(jì)算復(fù)雜度為0( |E| X |V| )，后來(lái)Gabow等人又提出了一個(gè)針對(duì) E血onds算法的更快的實(shí)現(xiàn)，其計(jì)算復(fù)雜度為0( |E| + |V| Xlog|V| )。
[005引要使用Edmonds算法求解此問(wèn)題，首先是構(gòu)建編隊(duì)通信圖G = (V，E，W，P)。因?yàn)榫庩?duì) 飛行之前每個(gè)UAV在編隊(duì)隊(duì)形的位置是未定的，首先假設(shè)UAVi占據(jù)編隊(duì)隊(duì)形中的第i個(gè)位 置，即P的初始值是α，2，···，η}，然后基于給定的編隊(duì)隊(duì)形和P的初始值來(lái)計(jì)算W的值。
[0059] 構(gòu)建好編隊(duì)通信圖G之后，需要計(jì)算其最小樹(shù)形圖A=(V，E^W^P)，其中r (=￡并 且W* C r。根據(jù)最小樹(shù)形圖的特性，A只包含n-1條邊并且所有邊的權(quán)值之和最小。但是當(dāng) A的根節(jié)點(diǎn)VI代表的UAV不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，A就不能作為此UAV編隊(duì)的通信拓?fù)?。幸運(yùn) 的是，編隊(duì)飛行之前所有UAV幾乎完全一樣，除了部分UAV不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者之外。因此， 當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，只需要找到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)vj，其代表的UAV能夠成為編隊(duì)領(lǐng)航者，然后 交換VI和vj在G和A中的位置。因?yàn)樯鲜龅奈恢媒粨Q操作并沒(méi)有改變w(A)的值，所WA仍是最 優(yōu)的初始通信拓?fù)洹?br>[0060] 下面再通過(guò)具體的實(shí)現(xiàn)步驟對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0061] 輸入:一個(gè)給定的編隊(duì)隊(duì)形S，其中的η個(gè)位置分別編號(hào)為{1，2，-|，11};11個(gè)1^￥分別 編號(hào)為化AVi，UAV2，…，UAVn}，其中有部分UAV可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者。
[0062] 輸出：最優(yōu)的初始通信拓?fù)銩 = (V，E*，W*，P)。
[0063] Stepl.構(gòu)建相應(yīng)的編隊(duì)通信圖G=(V，E，W，P)，其中P的初始值是α，2，···，η}。
[0064] Step2.計(jì)算 G 的最小樹(shù)形圖 A=(V，E*，W*，P)。
[0065] Step3 .如果A的根節(jié)點(diǎn)VI代表的UAV可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者，貝峭巧專(zhuān)到steps，否則， 執(zhí)行步驟Step4。
[0066] Step4.找到另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)vj，其代表的UAV可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者，然后交換V神口 VI 在A(yíng)和G中的位置。
[0067] steps.A是最優(yōu)初始通信拓?fù)?，其中P是最合適的UAV位置配置。
[0068] 此方法的運(yùn)行時(shí)間主要由Step2決定，而Step2使用了 Gabow等人提出的Edmonds算 法的更快實(shí)現(xiàn)，因此此方法的計(jì)算復(fù)雜度為〇( IEI +1VI X log IVI)。和現(xiàn)有的初始通信拓?fù)?優(yōu)化方法相比，此方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0069] (1)時(shí)間復(fù)雜度更低。
[0070] (2)不需要事先指定每個(gè)UAV在編隊(duì)隊(duì)形中的具體位置，可W為每個(gè)UAV自動(dòng)選擇 最合適的位置。
[0071] (3)不需要事先指定某個(gè)UAV作為編隊(duì)領(lǐng)航者，可W自動(dòng)選擇最合適的UAV作為編 隊(duì)領(lǐng)航者。
[0072] 此方法既可W在集中式環(huán)境下使用，也可W在分布式環(huán)境使用。在前者中，地面控 制中屯、運(yùn)行此方法，然后將結(jié)果告知每個(gè)UAV。在后者中，每個(gè)UAV都運(yùn)行此方法，然后得到 同樣的結(jié)果。一旦知道最優(yōu)的初始編隊(duì)拓?fù)?，編?duì)領(lǐng)航者將開(kāi)始按照預(yù)定的編隊(duì)參考航跡 飛行，而其它UAV將開(kāi)始分別跟隨其領(lǐng)航者飛行。很快所有UAV將形成相應(yīng)的編隊(duì)隊(duì)形，然后 繼續(xù)保持此編隊(duì)隊(duì)形并朝目標(biāo)區(qū)域飛行。
[0073] 下面通過(guò)舉例進(jìn)行說(shuō)明：
[0074] 假設(shè)5架UAV需要形成并保持一個(gè)如圖2所示的模形隊(duì)形，其中的所有位置分別編 號(hào)為{1，2,3,4,5}，它們都在同一個(gè)高度上，它們之間的距離在圖2中標(biāo)識(shí)了出來(lái)。此外，只 有UAVi、UAV2和UAV4可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者。
[0075] 基于此方法，首先令初始的UAV位置配置為P= {1，2，3，4，5}，然后構(gòu)建相應(yīng)的編隊(duì) 通信圖6=(￥，6，胖，？)并計(jì)算其最小樹(shù)形圖4如圖3所示，其總的通信代價(jià)為2271。因?yàn)?]八￥1 可W作為編隊(duì)領(lǐng)航者，因此A是最優(yōu)的初始通信拓?fù)?，P是最合適的UAV位置配置。對(duì)比地，現(xiàn)
的初始通信拓?fù)淙鐖D5所示，雖然其總的通信代價(jià)和本方法得到的結(jié)果一樣，而且其計(jì)算復(fù) 雜度更高(〇((|v|-i)l/^(|v|-i)))。
[0076] 圖6還示出了一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞膬?yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖，如圖6所示，該系統(tǒng)包括：
[0077] 編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊61，用于根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖；
[0078] 最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊62,用于計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖；
[0079] 判斷模塊63,用于判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航 者；
[0080] 獲取模塊64,用于根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0081] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述獲取模塊，用于：
[0082] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最小樹(shù) 形圖作為所述最優(yōu)通信拓?fù)洹?br>[0083] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述獲取模塊，進(jìn)一步用于：
[0084] 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù) 形圖中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者；
[0085] 將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化 后的通信拓?fù)洹?br>[0086] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊，用于：
[0087] 將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。
[0088] 在本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊，用于：
[0089] 通過(guò)E血onds算法計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖。
[0090] 需要說(shuō)明的是，上述系統(tǒng)與上述方法是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，上述方法的實(shí)施細(xì)節(jié)同 樣適用于上述系統(tǒng)，本實(shí)施例不再對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0091] 本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實(shí)施例可W 在沒(méi)有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技 術(shù)，W便不模糊對(duì)本說(shuō)明書(shū)的理解。
[0092] 類(lèi)似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡(jiǎn)本發(fā)明公開(kāi)并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多 個(gè)，在上面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè) 實(shí)施例、圖、或者對(duì)其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開(kāi)的方法解釋呈反映如下意圖：即所要 求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說(shuō)，如 下面的權(quán)利要求書(shū)所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開(kāi)的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。 因此，遵循【具體實(shí)施方式】的權(quán)利要求書(shū)由此明確地并入該【具體實(shí)施方式】，其中每個(gè)權(quán)利要 求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。
[0093] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，可W對(duì)實(shí)施例中的設(shè)備中的模塊進(jìn)行自適應(yīng)性地改變 并且把它們?cè)O(shè)置在于該實(shí)施例不同的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備中?？蒞把實(shí)施例中的模塊或單元或 組件組合成一個(gè)模塊或單元或組件，W及此外可W把它們分成多個(gè)子模塊或子單元或子組 件。除了運(yùn)樣的特征和/或過(guò)程或者單元中的至少一些是互相排斥之處，可W采用任何組合 對(duì)本說(shuō)明書(shū)(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開(kāi)的所有特征W及如此公開(kāi)的任何方 法或者設(shè)備的所有過(guò)程或單元進(jìn)行組合。除非另外明確陳述，本說(shuō)明書(shū)(包括伴隨的權(quán)利要 求、摘要和附圖）中公開(kāi)的每個(gè)特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征來(lái)代替。
[0094] 此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此所述的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的 范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在下面的權(quán)利要求書(shū)中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任 意之一都可任意的組合方式來(lái)使用。
[00M]本發(fā)明的各個(gè)部件實(shí)施例可硬件實(shí)現(xiàn)，或者W在一個(gè)或者多個(gè)處理器上運(yùn)行 的軟件模塊實(shí)現(xiàn)，或者W它們的組合實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在實(shí)踐中使用 微處理器或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種瀏覽器終端的設(shè)備中 的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可w實(shí)現(xiàn)為用于執(zhí)行運(yùn)里所描述的方 法的一部分或者全部的設(shè)備或者裝置程序(例如，計(jì)算機(jī)程序和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品）。運(yùn)樣的 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的程序可W存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，或者可W具有一個(gè)或者多個(gè)信號(hào)的形 式。運(yùn)樣的信號(hào)可W從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號(hào)上提供，或者W任何其他形 式提供。
[0096] 應(yīng)該注意的是上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，并且本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計(jì)出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中， 不應(yīng)將位于括號(hào)之間的任何參考符號(hào)構(gòu)造成對(duì)權(quán)利要求的限制。單詞"包含"不排除存在未 列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞"一"或"一個(gè)"不排除存在多個(gè)運(yùn)樣的 元件。本發(fā)明可W借助于包括有若干不同元件的硬件W及借助于適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí) 現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權(quán)利要求中，運(yùn)些裝置中的若干個(gè)可W是通過(guò)同一個(gè)硬件項(xiàng) 來(lái)具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示任何順序?？蓪⑦\(yùn)些單詞解釋為名 稱(chēng)。
[0097] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：W上各實(shí)施例僅用W說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡 管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依 然可W對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn) 行等同替換；而運(yùn)些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù) 方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取方法，其特征在于，包括： 根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖； 計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖； 判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者，根據(jù)判斷結(jié)果，獲 取最優(yōu)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)?，?括： 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最小樹(shù)形圖作 為所述最優(yōu)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)?，?括： 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù)形圖 中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者； 將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化后的 通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信 圖，包括： 將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖， 包括： 通過(guò)Edmonds算法計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖。6. -種基于最小樹(shù)形圖的無(wú)人機(jī)編隊(duì)通信拓?fù)涞墨@取系統(tǒng)，其特征在于，包括： 編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)編隊(duì)的隊(duì)形構(gòu)建編隊(duì)通信圖； 最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖； 判斷模塊，用于判斷所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能否作為編隊(duì)領(lǐng)航者； 獲取模塊，用于根據(jù)判斷結(jié)果，獲取最優(yōu)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取模塊，用于： 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，將所述最小樹(shù)形圖 作為所述最優(yōu)通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取模塊，進(jìn)一步用于： 在所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)不能作為編隊(duì)領(lǐng)航者時(shí)，在所述最小樹(shù)形圖 中選取目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，所述目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所屬的無(wú)人機(jī)能作為編隊(duì)領(lǐng)航者； 將所述最小樹(shù)形圖中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和所述最小樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換，獲取優(yōu)化后的 通信拓?fù)洹?. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編隊(duì)通信圖構(gòu)建模塊，用于： 將所述預(yù)設(shè)編隊(duì)中的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信鏈接，構(gòu)建編隊(duì)通信圖。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述最小樹(shù)形圖計(jì)算模塊，用于： 通過(guò)Edmonds算法計(jì)算所述編隊(duì)通信圖的最小樹(shù)形圖。
【文檔編號(hào)】H04W40/24GK106060896SQ201610384144
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】羅賀, 王國(guó)強(qiáng), 胡笑旋, 馬華偉, 靳鵬, 夏維
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)