[發明專利]一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法

有效

• 申請號: 201810438079.4
• 申請日: 2018-05-09
• 公開（公告）號: CN108718454B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 伍明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04B7/185
• 代理公司: 北京共騰律師事務所 16031
• 代理人: 姚星

1.一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，其特征在于：其方法包括以下步驟：

A、多無人中繼平臺協作體制和框架設計；

B、通信地理環境及通信電磁環境建模；

C、多無人機協作中繼節點位置規劃；

D、分布式多無人機中繼位置分配；

E、基于“人工勢場”的無人機協調控制；

所述步驟B中通信電磁環境建模方法為：所研究對象為高頻段視距通信設備，無線寬帶設備及微波通信設備，其工作頻率從800MHz～2.4GHz，通信環境為山區障礙物環境，信號傳播模型以直射波為主，忽略電磁波的反射和繞射作用，同時假設信號對障礙物具有一定穿透能力；采用One-Slop模型：假設路徑衰減(dB)和通信介質距離對數之間成線性依賴關系，而介質包含兩種情況：其一是自由空間、其二是障礙空間，即：L_OS(d_F,d_O)＝l₀+γ_F·log(d_F)+γ_O·log(d_O)，其中，l₀為路徑衰減初值，d_F和d_O分別為從發射機到接收點間的自由空間距離和障礙空間距離，γ_F和γ_O為兩種空間對于信號的衰減系數；

所述步驟C為：假設無人機團隊的初始坐標集合為：中繼位置節點坐標集合為：集合R和T中元素對應關系由任務分配向量A＝[a₁,a₂,...,a_n]決定，其中a_i∈{1,2,...,n}代表第i個機器人對應的中繼節點編號，無人機關鍵航跡點生成的目標是得到從r_i到的一系列中間節點位置：其中，p_i→p_i+1間不存在障礙物，單無人機將從起始位置r_i開始逐一通過中間節點而到達目標點的生成“單點對單點情況下的中繼節點位置規劃方法”的前三步處理，即前三步處理為，連通路徑節點生成，共直線節點剔除以及初始主干節點生成，不進行最后一步的原因在于：航跡關鍵節點只需初步勾畫出無人機的飛行路線，保證無人機在關鍵節點間飛行時不會陷入“凹環境”的局部死鎖狀態；

所述步驟E中的“人工勢場法”是指構造無人機運動空間中各點的虛擬受力，使無人機在這些虛擬力作用下能夠安全、快捷的到達目標位置，在無人機運動空間虛擬立場構建過程中需要考慮四方面問題：第一，目標對無人機的作用力；第二，障礙物對無人機的作用力；第三，無人機間相互作用力；第四，聯合作用力；其影響因素包括目標作用力生成、障礙物作用力生成、無人機間相互作用力生成和聯合作用力生成，其中，聯合作用力生成為無人機間相互作用力的目的是避免互相碰撞；目標作用力為：假設無人機群k時刻狀態集合為：每架無人機的目標節點坐標集合為：則k時刻無人機r_i,k受到目標吸引力單位向量為：其中，為目標對無人機r_i的作用常量系數，該力能夠保證無人機在到達目標點前始終受到目標點的吸引力；障礙物作用力為：假設無人機r_i的環境探測距離為避障開始距離為其中無人機k時刻觀測到的環境點集為：且當無人機和障礙較遠時，避障作用力系數較小，隨著無人機和障礙的接近，避障作用力系數逐步增大；無人機間相互作用力為：假設以無人機r_i為圓心，半徑為圓形范圍之包含的其他無人機集合為則無人機r_i受到的相互作用力為：其中為無人機相互作用力系數，代表鄰近集合中元素對無人機r_i的變作用力分系數，其定義為：鄰近無人機越靠近r_i其對r_i的排斥作用越強；聯合作用力為：

2.根據權利要求1所述的一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，其特征在于：所述步驟D包括基于拍賣法的無人機任務分配方法。

3.根據權利要求2所述的一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，其特征在于：基于拍賣法的無人機任務分配方法包括拍賣法任務分配流程。