[发明专利]一种分区连通性恢复的并发移动控制策略

说明书

本发明公开了一种分区连通性恢复的并发移动控制策略。该算法的主要思路是利用一种基于凸包的斯坦纳树连通性避障恢复算法和基于虚拟势场法的并发移动控制策略来解决无人机集群网络的全连通恢复问题。首先根据“凸包”和最小生成树计算出各个无人机分区的代表节点(一个分区可以有多个代表结点)；接着利用基于“切线避障”的斯坦纳树方法计算出存在障碍物时的中继无人机坐标；最后通过并发移动控制策略选择用于中继的无人机，在虚拟势场法的作用下完成无人机的调度，从而实现全网连通。理论分析和仿真结果充分表明了本文提出的算法不仅可以有效的减少中继节点的个数，提高网络的二次抗毁性，而且可以有效降低无人机的移动距离。

技术领域

本发明属于无人机集群领域，尤其涉及适用于一种无人机集群的拓扑重构方法。

背景技术

无人机集群是一种可以远程自主控制的群机器人系统。在边境监视、公共安全、交通管理等方面已经得到了广泛的应用。面向任务的无人机集群网络需要无人机之间能够在执行任务时协调行动，交互信息。例如，在战场侦查场景下，由于地形障碍以及外在干扰的存在，无人机集群出现分区，即部分无人机与汇聚无人机(用于和地面基站传输数据)的通信链路断开。部分无人机的信息未能传输给汇聚无人机，导致基站接收到的信息不全面，对战场分析出现失误，从而造成难以挽回的后果。由此可以看出网络连通性的恢复至关重要，这就需要提出一种新的拓扑重构方法，该方法在可以有效的减少中继节点的个数，提高网络的二次抗毁性和有效降低无人机的移动距离的基础之上恢复无人机集群网络的全连通。

发明内容

发明目的：提出了一种分区连通性恢复的并发移动控制策略。该算法的主要思路是利用一种基于凸包的斯坦纳树连通性避障恢复算法和基于虚拟势场法的并发移动控制策略来解决无人机集群网络的全连通恢复问题。首先根据“凸包”和最小生成树计算出各个无人机分区的代表节点(一个分区可以有多个代表结点)；接着利用基于“切线避障”的斯坦纳树方法计算出存在障碍物时的中继无人机坐标；最后通过并发移动控制策略选择用于中继的无人机，在虚拟势场法的作用下完成无人机的调度，从而实现全网连通。理论分析和仿真结果充分表明了本文提出的算法不仅可以有效的减少中继节点的个数，提高网络的二次抗毁性，而且可以有效降低无人机的移动距离。

1.技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种分区连通性恢复的并发移动控制策略，具体包括以下步骤：

步骤1：分析了传统的代表节点选择策略的不足，提出了一种基于凸包的代表节点选择策略：

每架无人机周期性的广播心跳包(包含无人机的ID编号、地理位置和1 跳邻居集合)，与单跳邻居进行信息的交换，所有无人机都会向汇聚无人机发送自身的心跳包，汇聚无人机周期性的判断是否收到所有的无人机信息，一旦某一时刻，因为障碍物的存在，电子干扰或者链路距离过长导致汇聚无人机缺少某些无人机的信息，就可以认为网络出现分区，当网络出现分区后，每架无人机通过心跳包交互收集到的邻居信息构造各自的连通支配集，连通支配集里包含了处于同一分区的所有无人机，因此连通支配集相同的无人机被认为属于同一分区，计算出每个分区所包含的无人机后，由每个分区中剩余能量最多的无人机利用机载计算机根据Graham扫描法求得每个分区的“可能”分区代表节点，Graham扫描的思路具体步骤如下：

1)根据心跳包的坐标信息，将分区中纵坐标最小的无人机，记为P₀作为凸包的起始点，同时将所有无人机的坐标平移进以P₀作为原点的二维坐标系中，