本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

在起飛巡航階段，所有無人機(jī)(uav)通常通過點(diǎn)對點(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被稱為多無人機(jī)協(xié)同編隊(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uav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“通信拓?fù)洹边@一名稱。同時，將uav之間所有可用的通信鏈接的集合稱為多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的編隊(duì)通信圖(formationcommunicationgraph)。

由于通信拓?fù)渲腥魏蝺晌恢胾av之間的通信距離不同，導(dǎo)致通信拓?fù)渲胁煌瑄av之間通信鏈接具有不同的通信代價(jià)并會消耗uav相應(yīng)的電池電量或燃料。實(shí)際應(yīng)用中，兩個uav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。為簡化說明，上述通信代價(jià)直接采用通信距離來表示。

同時，每架uav可用的電池電量或燃料又是有限的。此外，編隊(duì)飛行過程中某個或多個uav可能會發(fā)生通信故障，使得當(dāng)前通信拓?fù)渲械哪承┩ㄐ沛溄硬荒軌虮皇褂?，從而?dǎo)致uav不能繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致uav碰撞事故。因此，如何通過優(yōu)化多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的通信拓?fù)?，以避免發(fā)生uav碰撞事故并恢復(fù)隊(duì)形，同時使得此多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)在繼續(xù)保持隊(duì)形過程中的編隊(duì)通信代價(jià)最小成為了亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化方法及裝置，用于在多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)出現(xiàn)通信故障之后優(yōu)化此三維持久編隊(duì)的通信拓?fù)?，以避免發(fā)生無人機(jī)碰撞事故并恢復(fù)隊(duì)形，同時使得此三維持久編隊(duì)在繼續(xù)保持隊(duì)形過程中的編隊(duì)通信代價(jià)最小。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化方法，所述方法包括：

s1、根據(jù)多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)需要組成的三維持久編隊(duì)的隊(duì)形獲取編隊(duì)通信圖；

s2、當(dāng)所述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)發(fā)生通信故障時，根據(jù)所述通信故障的類型在所述編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖；

s3、根據(jù)通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖對應(yīng)的三維最優(yōu)持久圖，即為第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)洌?/p>

s4、根據(jù)所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?、多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的每個位置配置和所述通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取滿足預(yù)設(shè)條件n＞|v|！的第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浼礊樗龆酂o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)洌?/p>

所述位置配置是指多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中各架無人機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形中的位置；通信故障發(fā)生之前的位置配置為第一位置配置pr；|v|表示多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中無人機(jī)的數(shù)量；n取1、2、……、|v|！。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化裝置，其特征在于，所述裝置包括：

編隊(duì)通信圖獲取模塊，用于根據(jù)多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)需要組成的三維持久編隊(duì)的隊(duì)形獲取編隊(duì)通信圖；

第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖獲取模塊，用于在所述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)發(fā)生通信故障時，根據(jù)所述通信故障的類型在所述編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖；

第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浍@取模塊，用于根據(jù)通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖對應(yīng)的三維最優(yōu)持久圖，即為第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)洌?/p>

重優(yōu)化通信拓?fù)浍@取模塊，用于根據(jù)所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?、多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的每個位置配置和所述通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取滿足預(yù)設(shè)條件n＞|v|！的第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浼礊樗龆酂o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)洌?/p>

所述位置配置是指多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中各架無人機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形中的位置；通信故障發(fā)生之前的位置配置為第一位置配置pr；|v|表示多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中無人機(jī)的數(shù)量；n取1、2、……、|v|！。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明能夠在多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)發(fā)生通信故障之后，優(yōu)化此三維持久編隊(duì)的通信拓?fù)?，以避免發(fā)生無人機(jī)碰撞事故并恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形，同時使得此三維持久編隊(duì)在繼續(xù)保持隊(duì)形過程中的編隊(duì)通信代價(jià)最小。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)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(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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)施例提供的多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化方法的流程示意圖；

圖2(a)～(b)是本發(fā)明實(shí)施例中5架無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)的隊(duì)形以及相對位置示意圖；無人機(jī)uav1、uav2、uav3、uav4和uav5分別在隊(duì)形的1號、2號、3號、4號和5號位置；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的上述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)無通信故障時的最優(yōu)通信拓?fù)涫疽鈭D；

圖4(a)～(b)是上述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的uav2發(fā)生單播發(fā)射機(jī)故障時采用圖1方法獲取該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)涞闹饕^程示意圖；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(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)施例提供的一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化方法，所述方法包括：

s1、根據(jù)多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)需要組成的三維持久編隊(duì)的隊(duì)形獲取編隊(duì)通信圖。

多無人機(jī)組成的三維持久編隊(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)中的一架或多架無人機(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，其余的無人機(jī)在飛行過程需要同時保持與另外3架無人機(jī)之間的距離恒定，從而實(shí)現(xiàn)對三維空間的編隊(duì)隊(duì)形的保持。

假設(shè)n架無人機(jī)(uav)需要使用三維持久編隊(duì)的編隊(duì)控制方法來形成和保持一個三維空間的編隊(duì)隊(duì)形s，s中的n個位置分別編號為{1,2,…,n}，所有的uav都可以作為編隊(duì)領(lǐng)航者，每架uav可以通過點(diǎn)對點(diǎn)通信鏈接和其它任意uav進(jìn)行信息交互，每個通信鏈接的通信代價(jià)由其相應(yīng)的通信距離決定。因此，可以用一個賦權(quán)有向圖d＝(v,a,w,p)來表示編隊(duì)中uav之間所有可用的通信鏈接，并簡稱為編隊(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架無人機(jī)uavi。

(2)是圖中的弧集合，其中aij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。

(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是每架無人機(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個位置分別編號為{1,2,...,n}，則1≤pi≤n表示uavi在s中的具體位置。

根據(jù)前面的描述可知，多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)中的每架無人機(jī)最多只需要從其它3架無人機(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，多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)的通信拓?fù)鋞＝(v,a^*,w^*,p)是其編隊(duì)通信圖d＝(v,a,w,p)的一個特殊子圖，其中令w(t)表示通信拓?fù)鋞對應(yīng)的編隊(duì)通信代價(jià)，即有多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)的通信拓?fù)鋞具有如下特性。

定理1:多無人機(jī)組成的三維持久編隊(duì)的通信拓?fù)鋞必須是其編隊(duì)通信圖d的一個三維持久圖；反之亦然。

s2、當(dāng)所述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)發(fā)生通信故障時，根據(jù)所述通信故障的類型在所述編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖。

實(shí)際應(yīng)用中，通信故障發(fā)生之后，對多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的通信拓?fù)涞娜蒎e優(yōu)化應(yīng)盡量是分布式的以獲得更短的執(zhí)行時間，并且所有uav的計(jì)算結(jié)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(shù)中的方法，假設(shè)每個uav都能使用一個廣播通信信道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(jī)和一個單播接收機(jī)以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信，每個uav都有一個廣播發(fā)射機(jī)和一個廣播接收機(jī)以通過bc進(jìn)行廣播通信。(2)每個uav每隔tactive秒會通過bc上報(bào)其狀態(tài)。(3)當(dāng)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。

除了現(xiàn)有技術(shù)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(jī)故障和廣播接收機(jī)故障。所有六種通信故障類型如表1所示。

表1

當(dāng)所述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)發(fā)生通信故障時，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)uavi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，uavi自身能夠檢測到此通信故障，uavi將記錄下此通信故障發(fā)生時的時間戳并通過bc將此通信故障和相應(yīng)的時間戳信息通知其他uav。

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

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

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)以獲取第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖，具體包括：

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播發(fā)射機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該無人機(jī)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有出?。?/p>

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播接收機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該無人機(jī)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有入??；

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播收發(fā)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)通信圖中該無人機(jī)對應(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無人機(jī)之間的鏈接中斷，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該鏈接對應(yīng)的??；

在所述編隊(duì)通信圖中，若某個無人機(jī)的對應(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。

s3、根據(jù)通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖對應(yīng)的三維最優(yōu)持久圖，即為第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)洹?/p>

為了計(jì)算第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖dr＝(vr,ar,wr,pr)的三維最優(yōu)持久圖可以采用以下方案：先將第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖dr轉(zhuǎn)換成賦權(quán)無向圖gr；然后計(jì)算gr的三維最優(yōu)剛性圖rr；最后計(jì)算rr的三維最優(yōu)持久圖tr。如表2所示，本發(fā)明實(shí)施例中采用通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?。?dāng)通信故障發(fā)生時每個uav將會執(zhí)行表2所示算法。以uavi為例，當(dāng)uavi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，運(yùn)行此算法后得到第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)鋞r。當(dāng)每個uav執(zhí)行此算法后，將切換到tr以確保uav的安全并快速恢復(fù)編隊(duì)隊(duì)形。

表2

需要說明的是，表2所提供算法的step2中使用的是現(xiàn)有技術(shù)中的三維最優(yōu)剛性圖生成算法，其基本步驟如表3所示，時間復(fù)雜度約為o(20×|v|⁴)。

表3

同時需要說明的是，表2所提供算法的step5、step7和step9中的最小樹形圖(minimumcostarborescence，mca)指的是一個賦權(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|)。

表2所示算法的時間復(fù)雜度主要由step2、step5、step7和step9決定，由于step2的時間復(fù)雜度約為o(20×|vr|⁴)，step5、step7和step9的時間復(fù)雜度都約為o(|ar|+|vr|×log|vr|)，所以表2所提供算法的時間復(fù)雜度約為o(20×|vr|⁴+3×(|ar|+|vr|×log|vr|))。

s4、根據(jù)所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?、多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的每個位置配置和所述通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取滿足預(yù)設(shè)條件n＞|v|！的第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浼礊樗龆酂o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)洹?/p>

實(shí)際應(yīng)用中，多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的飛行速度比較快，首先應(yīng)該保證該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的無人機(jī)之間不發(fā)生碰撞事故以保證所有無人機(jī)的安全。因此，當(dāng)有無人機(jī)發(fā)生通信故障時，該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)以步驟s3的第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)溥M(jìn)行飛行。

可理解的是，上述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)淇梢员ＷC多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)安全飛行，但是此時無法保證多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的編隊(duì)通信代價(jià)最小。

為此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于uav位置交換(交換uav在編隊(duì)隊(duì)形中的位置或者令某個uav去填補(bǔ)另外一個退出編隊(duì)的uav所留下的空位)的多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的通信拓?fù)渲貎?yōu)化算法，該算法的思路包括：首先針對每個uav位置配置pn，構(gòu)建對應(yīng)滿足“故障約束”的重構(gòu)編隊(duì)通信圖dn；然后求解dn的三維最優(yōu)持久圖tn；最后從所有tn中選擇出編隊(duì)通信代價(jià)最小的to作為此編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)洹?/p>

此算法運(yùn)行在編隊(duì)中每個剩余的uav中，當(dāng)所有剩余的uav運(yùn)行完此算法后，將切換到重優(yōu)化通信拓?fù)鋞o以繼續(xù)保持編隊(duì)隊(duì)形飛行。以uavi為例，此算法的基本步驟如表4所示。

表4

表4所示算法的step3中，每種可行的uav位置配置pn一定是|v|個元素的排列，其中的|v|個元素分別代表編隊(duì)隊(duì)形中的不同位置，分別是1、2、…、|v|。因此，所有可行的pn的總數(shù)是|v|！(符號！表示階乘)。表4所示算法的step6中，uav位置交換所需要的某個uav的移動距離是該uav在編隊(duì)隊(duì)形中的原有位置和新位置之間的歐式距離。

表4所示算法的核心步驟是step4，而step4的具體步驟和表2所示算法相同，所以此算法的step4的時間復(fù)雜度約為：o(20×|vr|⁴+3×(|ar|+|vr|×log|vr|))。同時，從此表4中step2可以看出，step4最多會運(yùn)行|v|！次。因此，此算法的時間復(fù)雜度約為o((20×|vr|⁴+3×(|ar|+|vr|×log|vr|))×|v|！)。又由于|vr|≤|v|和|ar|≤|v|×(|v|-1)，所以此算法的時間復(fù)雜度的上界為o((20×|v|⁴+3×(|v|²-|v|+|v|×log|v|))×|v|！)。

假設(shè)一個三維持久編隊(duì)由5架無人機(jī)(uav1、uav2、uav3、uav4和uav5)組成，其中每架無人機(jī)都可以作為編隊(duì)的領(lǐng)航者。它們需要形成并保持一個如圖2(a)所示的三維空間隊(duì)形，其中的所有位置分別編號為{1,2,3,4,5}，uav1、uav2、uav3、uav4和uav5分別在隊(duì)形的1號、2號、3號、4號和5號位置；如果以隊(duì)形中的4號位置作為平面坐標(biāo)系的原點(diǎn)，則該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的隊(duì)形中的每個位置的坐標(biāo)如圖2(b)所示。當(dāng)無通信故障時，該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)使用如圖3所示的最優(yōu)通信拓?fù)鋪硇纬刹⒈３执岁?duì)形，其中uav1作為該多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的領(lǐng)航者。

當(dāng)uav2發(fā)生單播發(fā)射機(jī)故障時，導(dǎo)致編隊(duì)之前使用的通信拓?fù)?如圖3所示)中的通信鏈接a24(從uav2到uav4的通信鏈接)和a25(從uav2到uav5的通信鏈接)不能再被使用。因此，首先刪除當(dāng)前編隊(duì)通信圖d＝(v,a,w,p)中v2的所有出弧得到第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖dr＝(vr,ar,wr,pr)；然后根據(jù)表2提供的通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖對應(yīng)的第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?，得到的第一最?yōu)重構(gòu)通信拓?fù)淙鐖D4(a)所示，uav2不再使用通信鏈接a24和a25發(fā)送信息，而只使用通信鏈接a12(從uav1到uav2的通信鏈接)、a32(從uav3到uav2的通信鏈接)和a42(從uav4到uav2的通信鏈接)接收信息，對應(yīng)的編隊(duì)通信代價(jià)為9072；再根據(jù)表4提供的通信拓?fù)渲貎?yōu)化算法獲取此多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)?，得到的重?yōu)化通信拓?fù)淙鐖D4(b)所示，其中uav2和uav4在編隊(duì)隊(duì)形中的位置進(jìn)行了交換，編隊(duì)通信代價(jià)從之前的9072降低為8640。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化裝置，如圖5所示，所述裝置包括：

編隊(duì)通信圖獲取模塊m1，用于根據(jù)多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)需要組成的三維持久編隊(duì)的隊(duì)形獲取編隊(duì)通信圖；

第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖獲取模塊m2，用于在所述多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)發(fā)生通信故障時，根據(jù)所述通信故障的類型在所述編隊(duì)通信圖中刪除通信故障弧或通信故障節(jié)點(diǎn)以獲取第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖；

第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浍@取模塊m3，用于根據(jù)通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖對應(yīng)的三維最優(yōu)持久圖，即為第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)洌?/p>

重優(yōu)化通信拓?fù)浍@取模塊m4，用于根據(jù)所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)洹⒍酂o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的每個位置配置和所述通信拓?fù)渲貥?gòu)算法獲取滿足預(yù)設(shè)條件n＞|v|！的第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浼礊樗龆酂o人機(jī)協(xié)同編隊(duì)的重優(yōu)化通信拓?fù)洌?/p>

所述位置配置是指多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中各架無人機(jī)在編隊(duì)隊(duì)形中的位置；通信故障發(fā)生之前的位置配置為第一位置配置pr；|v|表示多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中無人機(jī)的數(shù)量；n取1、2、……、|v|！。

可選地，所述重優(yōu)化通信拓?fù)浍@取模塊用于執(zhí)行以下步驟包括：

s41、將所述重優(yōu)化通信拓?fù)鋞o初始化為所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)鋞r，將重優(yōu)化位置配置po初始化為所述第一位置配置pr；第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓對應(yīng)的位置配置為第二位置配置pn，并將符號n初始化為1；

s42、根據(jù)第二位置配置pn構(gòu)建滿足故障約束條件的第二重構(gòu)編隊(duì)通信圖；

s43、根據(jù)所述第二重構(gòu)編隊(duì)通信圖和所述通信拓?fù)渲貥?gòu)算法計(jì)算出所述第二位置配置pn對應(yīng)的三維最優(yōu)持久圖，即為第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)鋞n；

s44、計(jì)算所述第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)涞臋?quán)重值，若該權(quán)重值小于所述重優(yōu)化通信拓?fù)涞臋?quán)重值，則將所述重優(yōu)化通信拓?fù)鋞o更新為所述第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)?，將所述重?yōu)化位置配置po更新為所述第二位置配置pn；

s45、若該權(quán)重值等于所述重優(yōu)化通信拓?fù)鋞o的權(quán)重值，則計(jì)算從第一位置配置pr切換到所述第二位置配置pn的uav移動距離之和，若該uav移動距離之和小于從第一位置配置pr切換到所述重優(yōu)化位置配置po的uav移動距離之和，則將重優(yōu)化通信拓?fù)鋞o更新為所述第二最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)鋞n，將重優(yōu)化位置配置po更新為所述第二位置配置pn；

s46、將所述符號n的值增加1，判斷n是否滿足預(yù)設(shè)條件n＞|v|！，若不滿足轉(zhuǎn)到步驟s42。

可選地，所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖獲取模塊用于執(zhí)行以下步驟包括：

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播發(fā)射機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該無人機(jī)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有出??；

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播接收機(jī)故障，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該無人機(jī)對應(yīng)節(jié)點(diǎn)的所有入??；

若所述通信故障的類型為無人機(jī)的單播收發(fā)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)通信圖中該無人機(jī)對應(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無人機(jī)之間的鏈接中斷，則刪除所述編隊(duì)通信圖中該鏈接對應(yīng)的?。?/p>

在所述編隊(duì)通信圖中，若某個無人機(jī)的對應(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。

可選地，所述第一最優(yōu)重構(gòu)通信拓?fù)浍@取模塊用于執(zhí)行以下步驟包括：

計(jì)算所述第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖的三維最優(yōu)剛性圖；

將所述三維最優(yōu)剛性圖中每條邊轉(zhuǎn)換成屬于所述第一重構(gòu)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虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)和所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)到所述第一有向圖中每個節(jié)點(diǎn)的出弧得到第二有向圖；所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)與所述第一有向圖中每個節(jié)點(diǎn)之間設(shè)置有三條出弧，并且所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)的每條出弧的權(quán)值相同并大于所述第一有向圖中全部弧的權(quán)值之和；

獲取所述第二有向圖的第一最小樹形圖，并刪除所述第一最小樹形圖中所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)及其對應(yīng)的出弧得到第三有向圖t1；

刪除所述第二有向圖中對應(yīng)所述第一最小樹形圖中所有弧及其對應(yīng)的反向弧得到第四有向圖；

獲取所述第四有向圖的第二最小樹形圖，并刪除所述第二最小樹形圖中所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)及其對應(yīng)的出弧得到第五有向圖t2；

刪除所述第四有向圖中對應(yīng)所述第二最小樹形圖中所有弧及其對應(yīng)的反向弧得到第六有向圖；

獲取所述第六有向圖的第三最小樹形圖，并刪除所述第三最小樹形圖中所述虛擬領(lǐng)航者節(jié)點(diǎn)及其對應(yīng)的出弧得到第七有向圖t3；

合并所述第三有向圖、所述第五有向圖和所述第七有向圖得到第八有向圖t以及所述第八有向圖t中弧的數(shù)量m；

當(dāng)所述三維最優(yōu)剛性圖r的節(jié)點(diǎn)數(shù)量為n且m滿足m＝3n-6時，則所述第八有向圖t為三維最優(yōu)持久圖；

當(dāng)滿足m<(3n-6)時，獲取所述三維最優(yōu)剛性圖中的第l條邊對應(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l的初始值為1；

若該一條或者兩條弧都不在所述第八有向圖中，獲取第l條邊對應(yīng)兩節(jié)點(diǎn)在所述第八有向圖中的入度；

當(dāng)?shù)趌條邊對應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度不都等于3且其中一個入度小于3的節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)第l條邊的入弧屬于所述第一有向圖中弧集合時，將該入度小于3的節(jié)點(diǎn)的對應(yīng)第l條邊的入弧添加到所述第八有向圖中得到第九有向圖；

若所述第九有向圖中弧的數(shù)量m等于(3n-6)時，則所述第九有向圖為三維最優(yōu)持久圖；否則將所述第八有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第九有向圖中的數(shù)據(jù)；

當(dāng)?shù)趌條邊對應(yīng)的兩節(jié)點(diǎn)的入度都等于3且該第l條邊對應(yīng)的一條弧屬于所述第一有向圖中弧集合時，將該第l條邊對應(yīng)的一條弧添加到第八有向圖中得到第十有向圖，記該弧指向的節(jié)點(diǎn)為第一節(jié)點(diǎn)；

按照先入度2再入度1最后入度0的方式在所述第十有向圖中尋找入度小于3的一個第二節(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)的路徑對應(yīng)的所有弧反向得到第十一有向圖；否則從所述第十有向圖中刪除已添加的該第l條邊對應(yīng)的一條弧，從第一重構(gòu)編隊(duì)通信圖中刪除該第l條邊對應(yīng)的兩條弧，重新計(jì)算；

若所述第十一有向圖中弧的數(shù)量m等于(3n-6)時，則所述第十一有向圖為三維最優(yōu)持久圖；否則將所述第八有向圖中的數(shù)據(jù)更新為所述第十一有向圖中的數(shù)據(jù)；

將所述符號l的值增加1，若符號l小于等于(3n-6)時，則繼續(xù)判斷第l條邊對應(yīng)的一條或兩條弧是否都不在所述第八有向圖t中。

需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的多無人機(jī)協(xié)同編隊(duì)中的通信拓?fù)淙蒎e優(yōu)化裝置與上述方法是一一對應(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，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(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：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對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。