基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方法及系統(tǒng)，該方法包括：監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障；在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖；計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓撲。通過在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖，以及計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖以重構無人機編隊通信拓撲，實現(xiàn)了在檢測到通信故障之后，快速重構通信拓撲以避免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復編隊隊形。
【專利說明】
基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及無人機通信技術領域，尤其設及一種基于最小樹形圖的無人機編隊通 信拓撲重構方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 在巡航階段，所有無人機(UAV)使用初始的最優(yōu)通信拓撲W保持一定的編隊隊形 朝目標區(qū)域飛行。此通信拓撲中的通信鏈接只是UAV之間所有可用的通信鏈接集合的一部 分，即有部分通信鏈接是沒有被使用的，稱之為冗余通信鏈接。由于機械故障或外界干擾等 原因，編隊飛行過程中某個或多個UAV可能會發(fā)生通信故障，使得當前通信拓撲中的某些通 信鏈接不能夠被使用，從而導致UAV不能繼續(xù)保持編隊隊形，嚴重時甚至會導致UAV碰撞事 故。因此，如何通過重構無人機編隊通信拓撲，即選擇某些冗余通信鏈接來代替原有通信拓 撲中那些不能被使用的通信鏈接，W避免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復編隊隊形成為了亟需解 決的技術問題。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓 撲重構方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)了在檢測到通信故障之后，快速重構通信拓撲W避免發(fā)生UAV碰撞 事故并恢復編隊隊形。
[0004] 第一方面，本發(fā)明提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方 法，包括：
[0005] 監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障；
[0006] 在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖；
[0007] 計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓 撲。
[000引可選的，所述根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖，包括：
[0009] 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機 的對應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除；
[0010] 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有出邊刪除；
[0011] 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有入邊刪除；
[0012] 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無 人機的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。
[0013] 可選的，在根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖之后，所述方法還包括：
[0014] 在所述修改后的編隊通信圖中，若無人機的對應節(jié)點被刪除或無人機的對應節(jié)點 的所有邊被刪除，則所述無人機關閉自身的單播發(fā)射機，并脫離編隊。
[0015] 可選的，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和該虛擬領航者節(jié)點到所有候選 的編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖；
[0016] 相應的，計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊 通信拓撲，包括：
[0017] 若所述最小樹形圖存在，則將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪 除，得到重構后的無人機編隊通信拓撲。
[0018] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構系 統(tǒng)，包括：
[0019] 判斷模塊，用于監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障；
[0020] 編隊通信圖修改模塊，用于在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型 修改編隊通信圖；
[0021] 計算模塊，用于計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖；
[0022] 編隊通信拓撲重構模塊，用于根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓撲。
[0023] 可選的，所述編隊通信圖修改模塊，用于：
[0024] 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機 的對應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除；
[0025] 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有出邊刪除；
[0026] 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有入邊刪除；
[0027] 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無 人機的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。
[002引可選的，所述系統(tǒng)還包括：
[0029] 單播發(fā)射機關閉模塊，用于在所述修改后的編隊通信圖中無人機的對應節(jié)點被刪 除或與無人機的對應節(jié)點的所有邊被刪除時，關閉所述無人機的單播發(fā)射機，并向所述無 人機發(fā)送脫離編隊的信號。
[0030] 可選的，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和該虛擬領航者節(jié)點到所有候選 的編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖；
[0031] 相應的，所述編隊通信拓撲重構模塊，用于：
[0032] 在所述最小樹形圖存在時，將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪 除，得到重構后的無人機編隊通信拓撲。
[0033] 由上述技術方案可知，本發(fā)明提供一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重 構方法及系統(tǒng)，通過在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖， W及計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖W重構無人機編隊通信拓撲，實現(xiàn)了在檢測到 通信故障之后，快速重構通信拓撲W避免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復編隊隊形。
【附圖說明】
[0034] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可w 根據(jù)運些圖獲得其他的附圖。
[0035] 圖1為本發(fā)明一實施例提供的基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方法 的流程示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明一實施例提供的基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構系統(tǒng) 的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0038] 圖1示出了本發(fā)明實施例提供的一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重構 方法的流程示意圖，如圖1所示，該方法包括W下步驟：
[0039] 101、監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障。
[0040] 102、在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖；
[0041] 103、計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通 信拓撲。
[0042] 上述方法通過在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信 圖，W及計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖W重構無人機編隊通信拓撲，實現(xiàn)了在檢 測到通信故障之后，快速重構通信拓撲W避免發(fā)生UAV碰撞事故并恢復編隊隊形。
[0043] 上述步驟102中所述根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖，包括W下幾個方面：
[0044] 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機 的對應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除；
[0045] 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有出邊刪除；
[0046] 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有入邊刪除；
[0047] 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無 人機的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。
[0048] 在步驟102中根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖之后，所述方法還包括：
[0049] 在所述修改后的編隊通信圖中，若無人機的對應節(jié)點被刪除或無人機的對應節(jié)點 的所有邊被刪除，則所述無人機關閉自身的單播發(fā)射機，并脫離編隊。
[0050] 其中，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和該虛擬領航者節(jié)點到所有候選的 編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖。
[0051] 相應的，上述步驟103中計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果， 重構無人機編隊通信拓撲，包括：
[0052] 若所述最小樹形圖存在，則將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪 除，得到重構后的無人機編隊通信拓撲。
[0053] 在對上述方法進行詳細說明之前，首先對UAV形成和保持編隊隊形的編隊控制方 法W及編隊通信拓撲進行說明。
[0054] UAV形成和保持編隊隊形的編隊控制方法主要有四種:領航-跟隨者策略（leader- follower strategy)、虛擬結構策略 （virtual structure strategy)、行為策略 (behavioral strategy)、一致性策略（consensus-based strategy)。其中，領航-跟隨者策 略最為成熟，它的基本思想是：編隊中的只有一個U A V作為編隊領航者（f 0 r m a t i 0 η leader),它按照預定的編隊參考航跡飛行;其余UAV作為跟隨者(follower),它們直接或間 接地跟隨編隊領航者，比如：一個UAV可能直接跟隨編隊領航者，也可能跟隨另外一個直接 或間接跟隨編隊領航者的UAV。如果第i個無人機UAVi直接跟隨第j個無人機UAVj，UAVi稱為 UAVj的跟隨者，UAVj稱為UAVi的領航者。UAVj會每隔Tcontroi秒通過點對點的通信鏈接向UAVi 發(fā)送自己的位置、速度和方向信息。當UAVi接收到運些信息后，將據(jù)此來調整自身的速度和 方向W實現(xiàn)和UAVj之間保持預期的相對位置。當所有的UAV都能實現(xiàn)和其領航者保持預期 的相對位置時，就實現(xiàn)了編隊隊形的保持。
[0055] 假設η個UAV使用領航-跟隨者策略來形成和保持一個編隊隊形S，S中的η個位置分 別編號為{1，2, ···，!!}，每個UAV可W位于S中的任意一個位置，某幾個UAV但并不是所有的 UAV可W作為編隊領航者(運些UAV又被稱為候選的編隊領航者），每個UAV可W通過點對點 通信鏈接和其它任意UAV進行信息交互，每個通信鏈接的通信代價由其相應的通信距離決 定。因此，可W用一個加權有向圖G=(V，E，W，P)來表示編隊中UAV之間所有可用的通信鏈 接，并簡稱為編隊通信圖：
[005引（l)V={vi}是圖中的節(jié)點集合，其中Vi表示第i個無人機UAVi。
[0057] (2) f二{?,} G K X F，1《i，j《η是圖中的邊集合，其中叫表示從UAVi到UAVj有一 個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撕領航者。
[005引（3)W={w(eij)}，eijEE是圖中每條邊的權值集合，其中w(eij)表示ey的通信代價。
[0059] (4)P={pi}，l《i《n是每個UAV在編隊隊形S的具體位置集合，簡稱為UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具體位置。
[0060] 根據(jù)前面的描述可知，每個UAV只需要從其領航者接收信息和發(fā)送信息給其跟隨 者，運意味著不需要使用所有可用的通信鏈接就可W實現(xiàn)編隊隊形的形成和保持，其中所 使用的通信鏈接的集合被稱為UAV編隊的通信拓撲（communication topology)，沒有被使 用的通信鏈接被稱為冗余通信鏈接。因此，UAV編隊的通信拓撲A=(V，E^W^P)是其編隊通 信圖G= (V，E，W，P)的一個特殊子圖，其中r c E，曠C：詠'。令w(A)表示通信拓撲A的通信 代價，即韋
'通信拓撲A具有如下兩個特性。
[0061] 定理1:基于領航-跟隨者策略的UAV編隊的通信拓撲A必須是其編隊通信圖G的一 棵生成樹（spanning tree)，但是其編隊通信圖G的一棵生成樹并不一定能作為其通信拓 撲。
[0062] 定理2:基于領航-跟隨者策略的UAV編隊的通信拓撲A必須是其編隊通信圖G的一 棵生成樹(spanning化ee)，并且其根節(jié)點所表示的UAV必須能夠作為編隊領航者;反之亦 然。
[0063] 由于機械故障或外界干擾等原因，編隊飛行過程中某個或多個UAV可能會發(fā)生通 信故障，使得當前通信拓撲中的某些通信鏈接變得不可用，從而導致UAV不能繼續(xù)保持編隊 隊形，嚴重時甚至會導致UAV碰撞事故。因此，需要通過重構無人機編隊通信拓撲，即選擇某 些冗余通信鏈接來代替原有通信拓撲中那些不可用的通信鏈接，W避免發(fā)生UAV碰撞事故 并恢復編隊形；又由于不同的通信鏈接具有不同的通信代價，因此需要選擇合適的冗余通 信鏈接W保證重構后的通信拓撲對應的編隊通信代價(即重構后的通信拓撲中的通信鏈接 的代價之和)最小。
[0064] 因此，通信故障下的通信拓撲重構問題就是找到刪除出現(xiàn)通信故障的節(jié)點或邊之 后的編隊通信圖G的一棵滿足如下條件的生成樹:具有最小的通信代價并且其根節(jié)點代表 的UAV能夠作為編隊領航者。本實施例將此問題建模為圖論中的最小樹形圖(minimum cost a;rborescence，MCA)問題，即求解一個加權有向圖的最小生成樹。求解MCA問題的第一個算 法是Edmonds算法，其計算復雜度為0( I E I X I V I )，后來Gabow等人又提出了一個針對 E血onds算法的更快的實現(xiàn)，其計算復雜度為0( |E| + |V| Xlog|V| )。
[0065] 下面通過具體的實施例對本發(fā)明提出的一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信 拓撲重構方法進行詳細說明：
[0066] 通信故障發(fā)生之后，通信拓撲重構的執(zhí)行必須是分布式的W獲得更短的執(zhí)行時 間，并且所有UAV的計算結果必須保持一致，因此所有UAV必須及時地獲知到同樣的通信故 障信息。為此，基于現(xiàn)有技術中的方法，假設每個UAV都能使用一個廣播通信信道 (broadcast communication channel，BC)來獲得同樣的通信故障信息：（1)每個UAV都有一 個單播發(fā)射機(unicast transmitter)和一個單播接收機(unicast receiver)W進行點對 點通信，每個UAV都有一個廣播發(fā)射機（broadcast transmitter)和一個廣播接收機 (broadcast receiver) W通過BC進行廣播通信。（2)每個UAV每隔Tactive秒會通過BC上報其 狀態(tài)。（3)當一個UAV檢測到某個通信故障時，它會立即通過BC通知其他UAV。
[0067] 除了現(xiàn)有技術中考慮的四種通信故障外，還考慮另外兩種通信故障：廣播發(fā)射機 故障（broadcast transmitter failure)和廣播接收機故障（broadcast receiver failure)。所有六種通信故障類型如表1所示。
[0068] 表 1
[0069]
[0070]
[0071] 針對此六種通信故障，假設所有UAV具有同樣的如下所述的通信故障診斷策略：
[0072] (1)當UAVi發(fā)生單播發(fā)射機故障、單播接收機故障、單播收發(fā)機故障或者廣播接收 機故障中的任何一種通信故障時，UAVi自身能夠檢測到此故障，UAVi將記錄下此故障發(fā)生時 的時間戳并通過BC將此故障和相應的時間戳信息通知其他UAV。
[0073] (2)當UAV潑生廣播發(fā)射機故障時，UAVi自身能夠檢測到此故障但不能通過BC通知 其他UAV，Tactive秒之后，其他UAV由于不能收到UAVi上報的狀態(tài)將判定UAVi出現(xiàn)了廣播發(fā)射 機故障，并記錄下此故障發(fā)生時的時間戳。
[0074] (3)當eu出現(xiàn)鏈接中斷并且UAVi是UAVj的領航者，UAVj將不能接收到UAVi發(fā)送的位 置、速度和方向信息.Tattive秒之后，如果UAV迫身沒有發(fā)生單播接收機故障并且沒有通過 BC收到UAVi的單播發(fā)射機故障信息，UAVj將判定eij出現(xiàn)了鏈接中斷，然后UAVj將記錄此故障 的時間戳，然后通過BC此故障和相應的時間戳信息通知其他UAV。
[0075] (4)如果一個UAV在Tactive秒之內接收到兩個及W上的通信故障信息，則只處理時 間戳最早的那個通信故障，而把剩余的通信故障留到下一個Tactive秒再去處理。運樣可W避 免UAV之間的決策出現(xiàn)沖突，從而使得所有UAV能夠得到一致的通信故障處理結果。
[0076] 基于上述的通信故障診斷策略，每個UAV能夠及時地獲得通信故障的信息，然后每 個UAV可W刪除編隊通信圖G中出現(xiàn)故障的邊或者節(jié)點，再運行Edmonds算法來獲得G的最小 樹形圖A。如果A的根節(jié)點VI代表的UAV能夠作為編隊領航者，則A是一個可行的通信拓撲，即 所有UAV可W重構通信拓撲為AW繼續(xù)保持編隊隊形;否則A不是一個可行的通信拓撲，即所 有UAV不能使用A來保持編隊隊形，但運種情況下并不代表一定不存在另外一個可行的通信 拓撲。為了解決運個問題，本實施例首先在原有的編隊通信圖G上添加一個稱為虛擬領航者 (Virtual Leader，VL)的特殊節(jié)點和其相應的具有特定權值的出邊，從而形成一個新的編 隊通信圖 G'=(V'，E'，W'，P'）：
[0077] (l)V' = {vo}UV是圖G'的節(jié)點集合，其中VO是虛擬領航者化，其代表了預定編隊參 考航跡中的一個虛擬點。
[007引（2化' ={eok} UE, l《k《n是圖G'的邊集合，其中eok表示第k個無人機UAVk知道預 定編隊參考航跡，即UAVk是候選的編隊領航者。
[0079] (3)胖' ={巧(6化)叫胖，6化即'是圖6'的每條邊的權值集合，其中乂日的所有出邊都具 有同樣的權值
，即w(eok)比原有的編隊通信圖G中的所有 邊的權值之和還要大1。
[0080] (4)P = {Pi}，1《i《η是每個UAV在編隊隊形S的具體位置集合，簡稱為UAV位置配 置(UAV position configuration),其中Pi表示UAVi在S中的具體位置。
[0081] 基于G'的定義，可W得出如下結論。
[0082] 定理3:如果新的編隊通信圖G'的最小樹形圖A'存在并且A'中V0只有一條出邊，貝U 在原有的編隊通信圖G基礎上的編隊的最優(yōu)通信拓撲A存在，并且它是A'中刪除V0和V0的出 邊之后的結果。
[0083] 然后，基于W上分析，本實施例提出了一個分布式的基于最小樹形圖的通信故障 下的通信拓撲重構算法，如表2所示。當通信故障發(fā)生時每個UAV將會執(zhí)行此算法，WUAVi為 例，當它通過BC從其他UAV接收到一個通信故障通知或者檢測到自身發(fā)生通信故障時，它就 會運行此算法。
[0084] 表 2
[0085]
[0086]
[0087] 每個UAV執(zhí)行此算法后，編隊中剩余的UAV將迅速切換到重構后的通信拓撲W恢復 編隊隊形。此算法的運行時間主要由Step7所決定，而Step7中使用的是Gabow等人提出的 Edmonds算法的更快實現(xiàn)，因此本實施例提出的通信故障下的通信拓撲重構算法的計算復 雜度為0(|E' | + |v' I Xloglv' I)，其中|E' |《|E| + |v|，IV' I《|v|+1。和現(xiàn)有的通信故障下 的通信拓撲重構算法相比，此算法具有如下優(yōu)點：
[0088] (1)時間復雜度更低。
[0089] (2)重構后的通信拓撲對應的編隊通信代價更小。
[0090] (3)能夠處理更多的通信故障類型。
[0091] 圖2示出了本發(fā)明一實施例提供的一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲重 構系統(tǒng)的結構示意圖，如圖2所示，該系統(tǒng)包括：
[0092] 判斷模塊21，用于監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障；
[0093] 編隊通信圖修改模塊22,用于在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類 型修改編隊通信圖；
[0094] 計算模塊23,用于計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖；
[00M]編隊通信拓撲重構模塊24,用于根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓撲。
[0096]在本實施例的一個優(yōu)選的實施方式中，所述編隊通信圖修改模塊，用于：
[0097] 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機 的對應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除；
[0098] 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有出邊刪除；
[0099] 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的 所有入邊刪除；
[0100] 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無 人機的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。
[0101 ]在本實施例的一個優(yōu)選的實施方式中，所述系統(tǒng)還包括：
[0102] 單播發(fā)射機關閉模塊，用于在所述修改后的編隊通信圖中無人機的對應節(jié)點被刪 除或與無人機的對應節(jié)點的所有邊被刪除時，關閉所述無人機的單播發(fā)射機，并向所述無 人機發(fā)送脫離編隊的信號。
[0103] 在本實施例的一個優(yōu)選的實施方式中，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和 該虛擬領航者節(jié)點到所有候選的編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖；
[0104] 相應的，所述編隊通信拓撲重構模塊，用于：
[0105] 在所述最小樹形圖存在時，將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪 除，得到重構后的無人機編隊通信拓撲。
[0106] 需要說明的是，上述系統(tǒng)與上述方法是一一對應的關系，上述方法的實施細節(jié)同 樣適用于上述系統(tǒng)，本實施例不再對上述系統(tǒng)進行詳細說明。
[0107] 本發(fā)明的說明書中，說明了大量具體細節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實施例可W 在沒有運些具體細節(jié)的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技 術，W便不模糊對本說明書的理解。
[0108] 類似地，應當理解，為了精簡本發(fā)明公開并幫助理解各個發(fā)明方面中的一個或多 個，在上面對本發(fā)明的示例性實施例的描述中，本發(fā)明的各個特征有時被一起分組到單個 實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋呈反映如下意圖：即所要 求保護的本發(fā)明要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如 下面的權利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。 因此，遵循【具體實施方式】的權利要求書由此明確地并入該【具體實施方式】，其中每個權利要 求本身都作為本發(fā)明的單獨實施例。
[0109] 本領域技術人員可W理解，可W對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變 并且把它們設置在于該實施例不同的一個或多個設備中?？蒞把實施例中的模塊或單元或 組件組合成一個模塊或單元或組件，W及此外可W把它們分成多個子模塊或子單元或子組 件。除了運樣的特征和/或過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 對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖）中公開的所有特征W及如此公開的任何方 法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要 求、摘要和附圖）中公開的每個特征可W由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。
[0110] 此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的 范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任 意之一都可ww任意的組合方式來使用。
[0111] 本發(fā)明的各個部件實施例可硬件實現(xiàn)，或者W在一個或者多個處理器上運行 的軟件模塊實現(xiàn)，或者W它們的組合實現(xiàn)。本領域的技術人員應當理解，可W在實踐中使用 微處理器或者數(shù)字信號處理器(DSP)來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明實施例的一種瀏覽器終端的設備中 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實現(xiàn)為用于執(zhí)行運里所描述的方 法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機程序產(chǎn)品）。運樣的 實現(xiàn)本發(fā)明的程序可W存儲在計算機可讀介質上，或者可W具有一個或者多個信號的形 式。運樣的信號可W從因特網(wǎng)網(wǎng)站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者W任何其他形 式提供。
[0112] 應該注意的是上述實施例對本發(fā)明進行說明而不是對本發(fā)明進行限制，并且本領 域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中， 不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞"包含"不排除存在未 列在權利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞"一"或"一個"不排除存在多個運樣的 元件。本發(fā)明可W借助于包括有若干不同元件的硬件W及借助于適當編程的計算機來實 現(xiàn)。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，運些裝置中的若干個可W是通過同一個硬件項 來具體體現(xiàn)。單詞第一、第二、W及第Ξ等的使用不表示任何順序?？蓪⑦\些單詞解釋為名 稱。
[0113] 最后應說明的是：W上各實施例僅用W說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依 然可W對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進 行等同替換；而運些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術 方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求和說明書的范圍當中。
【主權項】
1. 一種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構方法，其特征在于，包括： 監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障； 在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖； 計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓撲。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信 圖，包括： 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對 應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除； 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的所有 出邊刪除； 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的所有 入邊刪除； 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無人機 的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在根據(jù)通信故障的類型修改編隊通信圖之 后，所述方法還包括： 在所述修改后的編隊通信圖中，若無人機的對應節(jié)點被刪除或無人機的對應節(jié)點的所 有邊被刪除，則所述無人機關閉自身的單播發(fā)射機，并脫離編隊。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和 該虛擬領航者節(jié)點到所有候選的編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖； 相應的，計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖，根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信 拓撲，包括： 若所述最小樹形圖存在，則將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪除，得 到重構后的無人機編隊通信拓撲。5. -種基于最小樹形圖的無人機編隊通信拓撲的重構系統(tǒng)，其特征在于，包括： 判斷模塊，用于監(jiān)聽廣播通信信道，判斷編隊中的無人機是否出現(xiàn)通信故障； 編隊通信圖修改模塊，用于在所述無人機出現(xiàn)通信故障時，根據(jù)通信故障的類型修改 編隊通信圖； 計算模塊，用于計算修改后的編隊通信圖的最小樹形圖； 編隊通信拓撲重構模塊，用于根據(jù)計算結果，重構無人機編隊通信拓撲。6. 根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編隊通信圖修改模塊，用于： 在無人機的廣播發(fā)射機或廣播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對 應節(jié)點和該節(jié)點的所有邊刪除； 在無人機的單播發(fā)射機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的所有 出邊刪除； 在無人機的單播接收機出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中該無人機的對應節(jié)點的所有 入邊刪除； 在第一無人機到第二無人機的通信鏈接出現(xiàn)故障時，將所述編隊通信圖中第一無人機 的對應節(jié)點到第二無人機的對應節(jié)點的邊刪除。7. 根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括： 單播發(fā)射機關閉模塊，用于在所述修改后的編隊通信圖中無人機的對應節(jié)點被刪除或 與無人機的對應節(jié)點的所有邊被刪除時，關閉所述無人機的單播發(fā)射機，并向所述無人機 發(fā)送脫離編隊的信號。8. 根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述編隊通信圖為增加虛擬領航者節(jié)點和 該虛擬領航者節(jié)點到所有候選的編隊領航者的對應節(jié)點的邊之后的編隊通信圖； 相應的，所述編隊通信拓撲重構模塊，用于： 在所述最小樹形圖存在時，將所述最小樹形圖中的虛擬領航者節(jié)點和相關邊刪除，得 到重構后的無人機編隊通信拓撲。
【文檔編號】H04L12/24GK105871636SQ201610383796
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】羅賀, 王國強, 胡笑旋, 馬華偉, 靳鵬, 夏維
【申請人】合肥工業(yè)大學