本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

在起飛巡航階段，無人-有人機(jī)編隊(duì)中各飛機(jī)通常通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信鏈接(communicationlinks)進(jìn)行信息交互，以形成一定的編隊(duì)隊(duì)形(formationshape或者formationgeometry)，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的集合被稱為編隊(duì)的信息交互拓?fù)?informationexchangetopology)、通信拓?fù)?communicationtopology)、連接拓?fù)?connectiontopology)、信息結(jié)構(gòu)(informationstructure)或者信息拓?fù)?informationtopology)，它們只是無人-有人機(jī)編隊(duì)中任意兩飛機(jī)之間所有可用的通信鏈接集合中的一部分。為了統(tǒng)一表述，下文采用“信息交互拓?fù)洹边@一名稱。同時(shí)，將無人-有人機(jī)編隊(duì)所有可用的通信鏈接的集合稱為編隊(duì)的編隊(duì)通信圖(formationcommunicationgraph)。

由于信息交互拓?fù)渲腥魏蝺晌恢脽o人機(jī)和/或有人機(jī)之間的通信距離不同，導(dǎo)致信息交互拓?fù)渲胁煌w機(jī)之間通信鏈接具有不同的通信代價(jià)并會(huì)消耗飛機(jī)相應(yīng)的電池電量或燃料。實(shí)際應(yīng)用中，兩架飛機(jī)(無人機(jī)，有人機(jī))之間通信鏈接的通信代價(jià)受到很多因素影響，例如，任務(wù)要求、通信距離、飛行性能、安全性等。為簡(jiǎn)化說明，上述通信代價(jià)直接采用通信距離來表示。同時(shí)，每架飛機(jī)(無人機(jī)，有人機(jī))可用的電池電量或燃料又是有限的。此外，編隊(duì)飛行過程中某個(gè)或多個(gè)飛機(jī)可能會(huì)發(fā)生通信故障，使得當(dāng)前信息交互拓?fù)渲械哪承┩ㄐ沛溄硬荒軌虮皇褂?，從而?dǎo)致飛機(jī)不能繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致飛機(jī)碰撞事故。因此，如何通過優(yōu)化無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)?，以避免發(fā)生飛機(jī)碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形，同時(shí)降低飛機(jī)的電池電量或燃料的消耗成為了亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法及裝置，用于在無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)發(fā)生通信故障之后優(yōu)化此二維持久編隊(duì)的信息交互拓?fù)?，以避免發(fā)生飛機(jī)碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形，同時(shí)降低飛機(jī)的電池電量或燃料的消耗。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法，所述方法包括：

當(dāng)所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，獲取所述通信故障的類型；

根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖；

獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖；

若存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的入度為0，則確定所述二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洌?/p>

否則，通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整，確定調(diào)整后的二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹?/p>

可選地，所述通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整的步驟包括：

判斷是否存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為1；

若是，則在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj與節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?，?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者；

若否，則尋找任意一個(gè)有人機(jī)，該有人機(jī)在二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為2，然后在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向；繼續(xù)在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vk，該節(jié)點(diǎn)vk到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?，?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者。

可選地，所述根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖的步驟包括：

若所述通信故障的類型為單播發(fā)射機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有出弧；

若所述通信故障的類型為單播接收機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有入?。?/p>

若所述通信故障的類型為單播接收機(jī)和發(fā)射機(jī)故障、廣播發(fā)射機(jī)故障或者廣播接收機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有入弧和出弧以及該節(jié)點(diǎn)；

或者，

若通信故障的類型為任意兩飛機(jī)之間的鏈接中斷，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該鏈接對(duì)應(yīng)的?。?/p>

在所述編隊(duì)通信圖中，若某個(gè)無人機(jī)的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)被刪除或該節(jié)點(diǎn)的所有弧被刪除，則所述無人機(jī)退出編隊(duì)并獨(dú)自返回機(jī)場(chǎng)；若某個(gè)有人機(jī)的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)被刪除或該節(jié)點(diǎn)的所有弧被刪除，則所述有人機(jī)退出編隊(duì)并在一個(gè)不同的飛行高度上跟隨編隊(duì)參考航跡飛行。

可選地，所述獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖的步驟包括：

計(jì)算所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)剛性圖；

將所述二維最優(yōu)剛性圖中每條邊轉(zhuǎn)換成屬于所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的一條弧或者兩條權(quán)值相同但方向相反的弧得到第一有向圖；

在所述第一有向圖中增加一個(gè)虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)到每個(gè)飛機(jī)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的出弧得到第二有向圖；

根據(jù)所述第二有向圖計(jì)算其第一最小樹形圖，并將所述第一最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第三有向圖；

從所述第二有向圖中刪除所述第三有向圖中的所有弧及其對(duì)應(yīng)的反向弧得到第四有向圖；

根據(jù)所述第四有向圖計(jì)算其第二最小樹形圖，并將所述第二最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第五有向圖；

合并所述第三有向圖和所述第五有向圖得到第六有向圖及其弧的數(shù)量m；

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m＝2n-3時(shí)，則所述第六有向圖為二維最優(yōu)持久圖。

可選地，所述獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖的步驟還包括：

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m<(2n-3)時(shí)，獲取所述二維最優(yōu)剛性圖中的第l條邊對(duì)應(yīng)的屬于所述第一有向圖中弧集合的一條或者兩條弧，符號(hào)l的初始值為1；

若該一條或者兩條弧都不在所述第六有向圖中，獲取第l條邊對(duì)應(yīng)兩節(jié)點(diǎn)的入度；

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度不都等于2且其中一個(gè)入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧屬于所述第一有向圖中弧集合，則將該入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧添加到所述第六有向圖中得到第七有向圖；

若所述第七有向圖中弧的數(shù)量等于(2n-3)，則所述第七有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第七有向圖中的數(shù)據(jù)。

可選地，所述獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖的步驟還包括：

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度都等于2且該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧屬于所述第一有向圖中弧集合，將該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧添加到第六有向圖中得到第七有向圖，記該弧指向的節(jié)點(diǎn)為第一節(jié)點(diǎn)；

在所述第六有向圖中尋找入度小于2的一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)，使得所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第一節(jié)點(diǎn)之間具有最少跳數(shù)的路徑，并且所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧的反向弧都在所述第一有向圖中弧集合中，將所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧反向得到第八有向圖；否則從所述第七有向圖中刪除已添加的該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧，從優(yōu)化編隊(duì)通信圖中刪除該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩條弧，重新計(jì)算；

若所述第八有向圖中弧的數(shù)量m等于(2n-3)，則所述第八有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第八有向圖中的數(shù)據(jù)；

將所述符號(hào)l的值增加1，若符號(hào)l小于等于(2n-3)，則繼續(xù)判斷第l條邊對(duì)應(yīng)的一條或兩條弧是否都不在所述第六有向圖中。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化裝置，所述裝置包括：

通信故障類型獲取模塊，用于在所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，獲取所述通信故障的類型；

優(yōu)化編隊(duì)通信圖獲取模塊，用于根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖；

二維最優(yōu)持久圖獲取模塊，用于獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖；

優(yōu)化信息交互拓?fù)浍@取模塊，用于存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的入度為0時(shí)，確定所述二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洌?/p>

否則，通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整，確定調(diào)整后的二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹?/p>

可選地，所述優(yōu)化信息交互拓?fù)浍@取模塊通過以下步驟對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整包括：

判斷是否存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為1；

若是，則在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj與節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?，?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者；

若否，則尋找任意一個(gè)有人機(jī)，該有人機(jī)在二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為2，然后在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向；繼續(xù)在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vk，該節(jié)點(diǎn)vk到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?，?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者。

可選地，所述二維最優(yōu)持久圖獲取模塊執(zhí)行以下步驟獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖包括：

計(jì)算所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)剛性圖；

將所述二維最優(yōu)剛性圖中每條邊轉(zhuǎn)換成屬于所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的一條弧或者兩條權(quán)值相同但方向相反的弧得到第一有向圖；

在所述第一有向圖中增加一個(gè)虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)到每個(gè)飛機(jī)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的出弧得到第二有向圖；

根據(jù)所述第二有向圖計(jì)算其第一最小樹形圖，并將所述第一最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第三有向圖；

從所述第二有向圖中刪除所述第三有向圖中的所有弧及其對(duì)應(yīng)的反向弧得到第四有向圖；

根據(jù)所述第四有向圖計(jì)算其第二最小樹形圖，并將所述第二最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第五有向圖；

合并所述第三有向圖和所述第五有向圖得到第六有向圖及其弧的數(shù)量m；

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m＝2n-3時(shí)，則所述第六有向圖為二維最優(yōu)持久圖。

可選地，所述二維最優(yōu)持久圖獲取模塊還執(zhí)行以下步驟獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖包括：

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m<(2n-3)時(shí)，獲取所述二維最優(yōu)剛性圖中的第l條邊對(duì)應(yīng)的屬于所述第一有向圖中弧集合的一條或者兩條弧，符號(hào)l的初始值為1；

若該一條或者兩條弧都不在所述第六有向圖中，獲取第l條邊對(duì)應(yīng)兩節(jié)點(diǎn)的入度；

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度不都等于2且其中一個(gè)入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧屬于所述第一有向圖中弧集合，則將該入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧添加到所述第六有向圖中得到第七有向圖；

若所述第七有向圖中弧的數(shù)量等于(2n-3)，則所述第七有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第七有向圖中的數(shù)據(jù)；

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度都等于2且該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧屬于所述第一有向圖中弧集合，將該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧添加到第六有向圖中得到第七有向圖，記該弧指向的節(jié)點(diǎn)為第一節(jié)點(diǎn)；

在所述第六有向圖中尋找入度小于2的一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)，使得所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第一節(jié)點(diǎn)之間具有最少跳數(shù)的路徑，并且所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧的反向弧都在所述第一有向圖中弧集合中，將所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧反向得到第八有向圖；否則從所述第七有向圖中刪除已添加的該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧，從優(yōu)化編隊(duì)通信圖中刪除該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩條弧，重新計(jì)算；

若所述第八有向圖中弧的數(shù)量m等于(2n-3)時(shí)，則所述第八有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第八有向圖中的數(shù)據(jù)；

將所述符號(hào)l的值增加1，若符號(hào)l小于等于(2n-3)時(shí)，則繼續(xù)判斷第l條邊對(duì)應(yīng)的一條或兩條弧是否都不在所述第六有向圖中。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明在所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，獲取所述通信故障的類型；根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖；獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖；若存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的入度為0，則確定所述二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?；否則，通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整，確定調(diào)整后的二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹Ｅc相關(guān)技術(shù)相比較，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)發(fā)生通信故障之后，快速優(yōu)化此二維持久編隊(duì)的信息交互拓?fù)?，以避免發(fā)生飛機(jī)碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形，同時(shí)降低飛機(jī)的電池電量或燃料的消耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或相關(guān)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)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法的流程示意圖；

圖2(a)～(b)是本發(fā)明實(shí)施例中3架無人機(jī)和2架有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的隊(duì)形以及相對(duì)位置示意圖；有人機(jī)fighter1和fighter2分別在隊(duì)形的1號(hào)和2號(hào)位置，無人機(jī)uav1、uav2和uav3分別在隊(duì)形的3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)位置；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的上述無人-有人機(jī)編隊(duì)無通信故障時(shí)的最優(yōu)信息交互拓?fù)涫疽鈭D；

圖4(a)～(d)是上述無人-有人機(jī)編隊(duì)中的fighter2發(fā)生單播接收機(jī)故障時(shí)采用圖1方法獲取該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)涞倪^程示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化裝置框圖。

具體實(shí)施方式

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?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(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。

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法，所述方法包括：

s1、當(dāng)所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，獲取所述通信故障的類型。

s2、根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖。

s3、獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖。

s4、若存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的入度為0，則確定所述二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洌?/p>

否則，通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整，確定調(diào)整后的二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹?/p>

在對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)說明之前，首先對(duì)無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的編隊(duì)控制方法、編隊(duì)通信圖和信息交互拓?fù)溥M(jìn)行說明。

無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的編隊(duì)控制方法是一種基于距離的編隊(duì)控制方法，其基本思想是：編隊(duì)中的一架有人機(jī)作為編隊(duì)領(lǐng)航者(formationleader)按照預(yù)定的編隊(duì)參考航跡飛行，編隊(duì)中的另外一架飛機(jī)(有人機(jī)或無人機(jī))在飛行過程中只需要保持與編隊(duì)領(lǐng)航者的距離恒定，其余的飛機(jī)在飛行過程則需要同時(shí)保持與另外兩架飛機(jī)之間的距離恒定，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二維空間的編隊(duì)隊(duì)形的保持。

假設(shè)n架飛機(jī)(以下用plane表示，包括有人機(jī)或無人機(jī))需要使用二維持久編隊(duì)的編隊(duì)控制方法來形成和保持一個(gè)二維空間的編隊(duì)隊(duì)形s，s中的n個(gè)位置分別編號(hào)為{1,2,…,n}，只有有人機(jī)可以作為編隊(duì)領(lǐng)航者，每架飛機(jī)可以通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈接和其它任意飛機(jī)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，可以用一個(gè)賦權(quán)有向圖d＝(v,a,w,p)來表示編隊(duì)中飛機(jī)之間所有可用的通信鏈接，并簡(jiǎn)稱為編隊(duì)通信圖：

(1)v＝{vi},1≤i≤n是圖中的節(jié)點(diǎn)集合，其中vi表示第i架飛機(jī)planei。

(2)是圖中的弧集合，其中aij表示從planei到planej有一個(gè)可用的通信鏈接從而使得planei能發(fā)送信息給planej。

(3)w＝{w(aij)},aij∈a是圖中每條弧的權(quán)值集合，其中w(aij)表示aij的通信代價(jià)。

(4)p＝{pi},1≤i≤n是每架飛機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形s的具體位置集合，其中將編隊(duì)隊(duì)形s中的n個(gè)位置分別編號(hào)為{1,2,...,n}，則1≤pi≤n表示planei在s中的具體位置。

根據(jù)前面的描述可知，無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)中的每架飛機(jī)最多只需要從其它兩架飛機(jī)接收信息，這意味著不需要使用所有可用的通信鏈接就可以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)隊(duì)形的形成和保持。因此，無人-有人機(jī)編隊(duì)的信息交互拓?fù)鋞＝(v,a^*,w^*,p)是其編隊(duì)通信圖d＝(v,a,w,p)的一個(gè)特殊子圖，其中令w(t)表示信息交互拓?fù)鋞對(duì)應(yīng)的編隊(duì)通信代價(jià)，即有無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的信息交互拓?fù)鋞具有如下兩個(gè)特性。

定理1:無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的信息交互拓?fù)鋞必須是其編隊(duì)通信圖d的一個(gè)二維持久圖，但是其編隊(duì)通信圖d的一個(gè)二維持久圖并不一定能作為其信息交互拓?fù)洹?/p>

定理2:無人-有人機(jī)組成的二維持久編隊(duì)的信息交互拓?fù)鋞必須是其編隊(duì)通信圖d的一個(gè)二維持久圖，并且t存在一個(gè)入度為0的節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的飛機(jī)能夠作為編隊(duì)領(lǐng)航者(即為有人機(jī))；反之亦然。

為突出本發(fā)明提供的無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化方法的有效性，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)際應(yīng)用中，通信故障發(fā)生之后，對(duì)無人-有人機(jī)編隊(duì)的信息交互拓?fù)涞膬?yōu)化應(yīng)盡量是分布式的以獲得更短的執(zhí)行時(shí)間，并且所有plane的計(jì)算結(jié)果必須保持一致，因此所有plane需要及時(shí)地獲知到同樣的通信故障信息。

為此，基于現(xiàn)有技術(shù)中的方法，假設(shè)每個(gè)plane都能使用一個(gè)廣播通信信道(broadcastcommunicationchannel，bc)來獲得同樣的通信故障信息：(1)每個(gè)plane都有一個(gè)單播發(fā)射機(jī)(unicasttransmitter)和一個(gè)單播接收機(jī)(unicastreceiver)以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，每個(gè)plane都有一個(gè)廣播發(fā)射機(jī)(broadcasttransmitter)和一個(gè)廣播接收機(jī)(broadcastreceiver)以通過bc進(jìn)行廣播通信。(2)每個(gè)plane每隔tactive秒會(huì)通過bc上報(bào)其狀態(tài)。(3)當(dāng)一個(gè)plane檢測(cè)到某個(gè)通信故障時(shí)，它會(huì)立即通過bc通知其他plane。

除了考慮相關(guān)技術(shù)中的四種通信故障外，還考慮另外兩種通信故障：廣播發(fā)射機(jī)故障(broadcasttransmitterfailure)和廣播接收機(jī)故障(broadcastreceiverfailure)。所有六種通信故障類型如表1所示。

表1

當(dāng)所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例采用以下通信故障診斷策略來獲取所述通信故障的類型：

(1)當(dāng)planei發(fā)生單播發(fā)射機(jī)故障、單播接收機(jī)故障、單播收發(fā)機(jī)故障或者廣播接收機(jī)故障中的任何一種通信故障時(shí)，planei自身能夠檢測(cè)到此通信故障，planei將記錄下此通信故障發(fā)生時(shí)的時(shí)間戳并通過bc將此通信故障和相應(yīng)的時(shí)間戳信息通知其他plane。

(2)當(dāng)planei發(fā)生廣播發(fā)射機(jī)故障時(shí)，planei自身能夠檢測(cè)到此通信故障但不能通過bc通知其他plane，tactive秒之后，其他plane由于不能收到planei上報(bào)的狀態(tài)將判定planei出現(xiàn)了廣播發(fā)射機(jī)故障，并記錄下此通信故障發(fā)生時(shí)的時(shí)間戳。

(3)當(dāng)從planei到planej的通信鏈接出現(xiàn)鏈接中斷并且編隊(duì)保持隊(duì)形過程中planei需要發(fā)送信息給planej，tactive秒之后，如果planej自身沒有發(fā)生單播接收機(jī)故障并且沒有通過bc收到planei的單播發(fā)射機(jī)故障信息，planej將判定從planei到planej的通信鏈接出現(xiàn)了鏈接中斷，然后planej將記錄此通信故障的時(shí)間戳，然后通過bc將此通信故障和相應(yīng)的時(shí)間戳信息通知其他plane。

基于上述的通信故障診斷策略，每個(gè)plane能夠及時(shí)地獲得通信故障的信息，然后每個(gè)plane可以根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖，再獲得所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖t。如果t中存在入度為0的節(jié)點(diǎn)vi并且vi代表的plane是一個(gè)有人機(jī)，則t是一個(gè)可行的信息交互拓?fù)?，即所有飛機(jī)可以將信息交互拓?fù)淝袚Q為t以繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形；否則t不是一個(gè)可行的信息交互拓?fù)?，即所有飛機(jī)不能使用t來保持編隊(duì)隊(duì)形，但這種情況下并不代表一定不存在另外一個(gè)可行的信息交互拓?fù)洹?/p>

為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于二維最優(yōu)剛性圖和最小樹形圖(two-dimensionaloptimalrigidgraphandminimumcostarborescence，2dorg_mca)的無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化算法。當(dāng)通信故障發(fā)生時(shí)每個(gè)plane將會(huì)執(zhí)行此算法。以planei為例，當(dāng)planei通過bc從其它plane接收到一個(gè)通信故障通知或者檢測(cè)到自身發(fā)生通信故障時(shí)，它就會(huì)運(yùn)行此算法以得到優(yōu)化信息交互拓?fù)鋞r。當(dāng)每個(gè)plane執(zhí)行此算法后，將切換到tr以確保plane的安全并快速恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形。此算法的基本步驟如表2所示。

表2

需要說明的是，表2所提供算法的step6.2中使用的現(xiàn)有技術(shù)中的二維最優(yōu)剛性圖生成算法，其基本步驟如表3所示，時(shí)間復(fù)雜度約為o(4×|v|⁴)。

表3

同時(shí)需要說明的是，表2所提供算法的step6.5和step6.7中的最小樹形圖(minimumcostarborescence，mca)指的是一個(gè)賦權(quán)有向圖的最小生成樹，此處使用的是gabow等人提出的最小樹形圖生成算法，其計(jì)算復(fù)雜度為o(|a|+|v|×log|v|)，其中的|a|和|v|分別為賦權(quán)有向圖中弧的數(shù)量和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

表2所提供算法的時(shí)間復(fù)雜度主要由step6的時(shí)間復(fù)雜度決定，而step6的時(shí)間復(fù)雜度主要由step6.2、step6.5和step6.7決定，由于step6.2的時(shí)間復(fù)雜度約為o(4×|vr|⁴)，step6.5和step6.7的時(shí)間復(fù)雜度都約為o(|ar|+|vr|×log|vr|)，所以表2所提供算法的時(shí)間復(fù)雜度約為o(4×|vr|⁴+2×(|ar|+|vr|×log|vr|))。

假設(shè)一個(gè)二維持久編隊(duì)由3架無人機(jī)(uav1、uav2、uav3)和2架有人機(jī)(fighter1、fighter2)組成，其中只有有人機(jī)fighter1和fighter2可以作為編隊(duì)的領(lǐng)航者。它們需要形成并保持一個(gè)如圖2(a)所示的二維空間隊(duì)形，其中的所有位置分別編號(hào)為{1,2,3,4,5}，其中，fighter1和fighter2分別在隊(duì)形的1號(hào)和2號(hào)位置，uav1、uav2和uav3分別在隊(duì)形的3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)位置；它們之間的距離如圖2(a)所示；如果以隊(duì)形中的4號(hào)位置作為平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則該無人-有人機(jī)編隊(duì)的隊(duì)形中的每個(gè)位置的坐標(biāo)如圖2(b)所示。當(dāng)無通信故障時(shí)，該無人-有人機(jī)編隊(duì)使用如圖3所示的最優(yōu)信息交互拓?fù)鋪硇纬刹⒈３执岁?duì)形，其中有人機(jī)fighter1作為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的領(lǐng)航者。

當(dāng)有人機(jī)fighter2發(fā)生單播接收機(jī)故障時(shí)，根據(jù)表2提供的算法對(duì)該無人-有人機(jī)編隊(duì)的信息交互拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化，其主要過程如下：

(1)在step2中，刪除當(dāng)前編隊(duì)通信圖d＝(v,a,w,p)中v2的所有入弧得到優(yōu)化編隊(duì)通信圖dr＝(vr,ar,wr,pr)。

(2)在step6.3中，根據(jù)表3所示的二維最優(yōu)剛性圖算法生成得到dr＝(vr,ar,wr,pr)對(duì)應(yīng)的二維最優(yōu)剛性圖如圖4(a)所示。

(3)在step6.5中，得到第二有向圖d'rr的最小樹形圖t1'，如圖4(b)所示，再將t1'中的v0和v0的出弧刪除后得到t1。

(4)在step6.7中，得到第四有向圖d”rr的最小樹形圖t2'，如圖4(c)所示，再將t2'中的v0和v0的出弧刪除后得到t2。

(5)在step6.8中，將t1和t2合并得到有向圖tr，如圖4(d)所示。

(6)由于tr中弧的總數(shù)與rr中邊的總數(shù)相同，滿足step6.9的條件，因此tr是rr對(duì)應(yīng)的一個(gè)二維最優(yōu)持久圖。

(7)由于tr中的節(jié)點(diǎn)v2的入度為0，且v2所代表的fighter2可以作為編隊(duì)領(lǐng)航者，滿足step6.16的條件，因此tr是此無人-有人編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹?/p>

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化裝置，如圖5所示，所述裝置包括：

通信故障類型獲取模塊m1，用于在所述無人-有人機(jī)編隊(duì)發(fā)生通信故障時(shí)，獲取所述通信故障的類型；

優(yōu)化編隊(duì)通信圖獲取模塊m2，用于根據(jù)所述通信故障的類型在編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取優(yōu)化編隊(duì)通信圖；

二維最優(yōu)持久圖獲取模塊m3，用于獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖；

優(yōu)化信息交互拓?fù)浍@取模塊m4，用于存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的入度為0時(shí)，確定所述二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洌?/p>

否則，通過弧反向操作對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整，確定調(diào)整后的二維最優(yōu)持久圖為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洹?/p>

可選地，所述優(yōu)化信息交互拓?fù)浍@取模塊m4通過以下步驟對(duì)所述二維最優(yōu)持久圖進(jìn)行調(diào)整包括：

判斷是否存在一個(gè)有人機(jī)在所述二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為1；

若是，則在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj與節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)洌?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者；

若否，則尋找任意一個(gè)有人機(jī)，該有人機(jī)在二維最優(yōu)持久圖中對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)vi的入度為2，然后在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vj，該節(jié)點(diǎn)vj到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向；繼續(xù)在所述二維最優(yōu)持久圖中尋找另外一個(gè)入度為1的節(jié)點(diǎn)vk，該節(jié)點(diǎn)vk到節(jié)點(diǎn)vi之間具有一條最少跳數(shù)的路；將上述最少跳數(shù)的路上所有弧反向后得到新的二維最優(yōu)持久圖即為該無人-有人機(jī)編隊(duì)的優(yōu)化信息交互拓?fù)?，?jié)點(diǎn)vi對(duì)應(yīng)的有人機(jī)為該編隊(duì)的領(lǐng)航者。

可選地，所述二維最優(yōu)持久圖獲取模塊m3執(zhí)行以下步驟獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖包括：

計(jì)算所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)剛性圖；

將所述二維最優(yōu)剛性圖中每條邊轉(zhuǎn)換成屬于所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的一條弧或者兩條權(quán)值相同但方向相反的弧得到第一有向圖；

在所述第一有向圖中增加一個(gè)虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)到每個(gè)飛機(jī)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的出弧得到第二有向圖；

根據(jù)所述第二有向圖計(jì)算其第一最小樹形圖，并將所述第一最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第三有向圖；

從所述第二有向圖中刪除所述第三有向圖中的所有弧及其對(duì)應(yīng)的反向弧得到第四有向圖；

根據(jù)所述第四有向圖計(jì)算其第二最小樹形圖，并將所述第二最小樹形圖中的虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和其出弧刪除得到第五有向圖；

合并所述第三有向圖和所述第五有向圖得到第六有向圖及其弧的數(shù)量m；

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m＝2n-3時(shí)，則所述第六有向圖為二維最優(yōu)持久圖。

可選地，所述二維最優(yōu)持久圖獲取模塊m3還執(zhí)行以下步驟獲取所述優(yōu)化編隊(duì)通信圖的二維最優(yōu)持久圖包括：

當(dāng)所述二維最優(yōu)剛性圖的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m<(2n-3)時(shí)，獲取所述二維最優(yōu)剛性圖中的第l條邊對(duì)應(yīng)的屬于所述第一有向圖中弧集合的一條或者兩條弧，符號(hào)l的初始值為1；

若該一條或者兩條弧都不在所述第六有向圖中，獲取第l條邊對(duì)應(yīng)兩節(jié)點(diǎn)的入度；

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度不都等于2且其中一個(gè)入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧屬于所述第一有向圖中弧集合，則將該入度小于2的節(jié)點(diǎn)的入弧添加到所述第六有向圖中得到第七有向圖；

若所述第七有向圖中弧的數(shù)量等于(2n-3)，則所述第七有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第七有向圖中的數(shù)據(jù)；

若該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度都等于2且該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧屬于所述第一有向圖中弧集合，將該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧添加到第六有向圖中得到第七有向圖，記該弧指向的節(jié)點(diǎn)為第一節(jié)點(diǎn)；

在所述第六有向圖中尋找入度小于2的一個(gè)第二節(jié)點(diǎn)，使得所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第一節(jié)點(diǎn)之間具有最少跳數(shù)的路徑，并且所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧的反向弧都在所述第一有向圖中弧集合中，將所述最少跳數(shù)的路徑對(duì)應(yīng)的所有弧反向得到第八有向圖；否則從所述第七有向圖中刪除已添加的該第l條邊對(duì)應(yīng)的一條弧，從優(yōu)化編隊(duì)通信圖中刪除該第l條邊對(duì)應(yīng)的兩條弧，重新計(jì)算；

若所述第八有向圖中弧的數(shù)量m等于(2n-3)時(shí)，則所述第八有向圖為二維最優(yōu)持久圖；否則將所述第六有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第八有向圖中的數(shù)據(jù)；

將所述符號(hào)l的值增加1，若符號(hào)l小于等于(2n-3)時(shí)，則繼續(xù)判斷第l條邊對(duì)應(yīng)的一條或兩條弧是否都不在所述第六有向圖中。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的無人-有人機(jī)編隊(duì)信息交互拓?fù)鋬?yōu)化裝置與上述方法一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，上述方法的實(shí)施細(xì)節(jié)同樣適用于上述裝置，本發(fā)明實(shí)施例不再對(duì)上述系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(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)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(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；而這些修改或者替換，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)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。