[發明專利]一種分布式無人機郵差中繼軌跡優化方法

有效

• 申請號: 201810396834.7
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108668257B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 王金龍;徐以濤;劉典雄;任國春;徐煜華;江漢;楊旸
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W40/22;H04W4/029;H04B7/185;G05D1/10
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種分布式無人機郵差中繼軌跡優化方法。方法為：在自組織無人機通信網絡中，無人機群朝特定的方向飛行，網絡中的源無人機與目的無人機完成通信任務，中繼無人機作為“郵差”通過調整自身在網絡的相對位置進行信息的搬運工作；在飛行過程中，中繼無人機計算其與源無人機和目的無人機位置的角度，然后通過計算角度內不同飛行方向的回報值進行全局時間和能量損耗的聯合優化，判斷下一時刻的飛行方向，由此循環完成傳輸過程的軌跡優化。本發明能縮短中繼無人機通訊任務的傳輸時間，并減少中繼無人機自身的傳輸損耗。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，特別是一種分布式無人機郵差中繼軌跡優化方法。

背景技術

在未來大規模、密集化無人機群通信網絡場景下，中繼傳輸技術能有效解決單個無人機功率受限導致的傳輸距離受限問題，但無人機群網絡擴展范圍大、多跳中繼傳輸效率低等問題，加劇了傳統的中繼傳輸難度。此外由于通信任務的多樣和動態性，建立可靠的遠距離中繼鏈路十分困難，因此對中繼無人機動態特性的有效利用，是解決大規模無人機網絡中遠距離通信的可靠技術途徑。

研究發現，雖然無人機群在不可控傳輸環境和飛行任務突發條件下的通信保障等問題給無人機網絡通信帶來種種挑戰，但是對無人機的快速移動特性的利用也是無線通信網絡中新興的研究熱點。目前在對基于地面網絡的無人機輔助通信的研究中，無人機中繼問題已有部分研究。已有文獻研究了無人機在裝備多天線情況下的軌跡優化問題進而優化地面網絡的上行鏈路通信(F.Jiang and A.L.Swindlehurst,“Optimization of UAVheading for the ground-to-air uplink,”IEEE J.Sel.Areas Commun.,vol.30,no.5,pp.993–1005,Jun.2012.)。類似地，已有文獻通過動態調整無人機航向以提高地面無線網絡的通信性能(P.Zhan,K.Yu,and A.L.Swindlehurst,“Wireless relay communicationswith unmanned aerial vehicles:Performance and optimization,”IEEETrans.Aerosp.Electron.Syst.,vol.47,no.3,pp.2068–2085,Jul.2011.)。已有文獻考慮了飛行無人機的地面信息采集問題，通過優化無人機的軌跡，設計最短路徑優化方案完成地面傳感器信息的收集任務(B.Pearre and T.X.Brown,“Model-free trajectoryoptimization for wireless data ferries among multiple sources,”in Proc.IEEEGlobal Commun.Conf.(GLOBECOM),Miami,FL,USA,Dec.2010,pp.1793–1798.)。目前已有的工作主要研究無人機的軌跡優化方案來提升無線通信網絡的通信質量，而且絕大部分工作都基于地面無線通信網絡。地面通信設備位置較為固定，且通信業務較為單一，而無人機群智能協同網絡不同于現有研究場景。無人機設備動態變化大，通信業務種類多、任務通信需求差異大等因素造成了現有的移動中繼傳輸研究很難直接應用于大規模無人機群通信環境下的優化模型中。