[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

本發明公開了一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，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。本發明利用無人機作為通信中繼平臺，充分利用了無人機移動性和自主性優勢，能夠對復雜地形環境和電磁傳播進行建模，為通信中繼節點位置規劃提供科學模型支持，同時采用啟發式算法進行中繼節點位置規劃，提高了算法的實時性和有效性，且采用分布式任務分配和無人機控制方法，能夠充分利用多機器人系統的自主移動特點和團隊優勢，使得中繼系統的適用范圍更加廣泛，通信保持能力更強，節點的布設更加快速高效。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，具體為一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法。

背景技術

視距通信(Line-of-Sight Communications,LoSC)具有信息傳輸速率高、保密性好的特點，因此，在許多應用背景(例如，高清視頻直播)中需要執行單元間保持視距通信以實現大容量信息的實時傳輸，但是，由于環境障礙物的遮擋以及通信距離限制使得不同單元間無法直接建立視距連通性關系，此時，需要在執行單元間以工作環境與通信距離為約束條件，布設一系列中繼節點，實現執行單元間的連通性建立，該問題被稱為“中繼節點布設問題”(Relay Node Placement，RNP)。

對RNP的研究可服務于不同實際任務，例如，目標偵察與監視、災難地域搜索等，在此類任務中，感知執行單元在特定區域搜集環境信息，通過中繼單元將信息以接力方式傳遞回處理單元，處理單元完成信息融合和態勢生成，進而幫助操作員認知環境態勢并作出下一步工作決策，操作人員還能夠通過該通信鏈路控制前端感知執行單元完成進一步的環境探知或任務執行。RNP可以理解為生成一棵以基站(Base Station，BS)為根節點，以目標站(Target Station,TS)為葉子節點，以中繼站(Relay Station,RS)為中間節點的接力樹(Relay Tree，RT)，其規劃的目標在于確定中繼節點的數量和位置以滿足某種標準(例如，距離和最短、連通度最多等)，已有研究成果證明RNP為NP-hard問題，因此很難找到最優解。

目前，對RNP的研究主要集中于無線傳感器網絡和多機器人協作領域，Cheng等人將RNP建模為帶約束條件的Steiner最小樹生成問題，并設計了兩種近似解決算法，Kimenc等人將RNP轉換為帶權值的地域覆蓋問題，并設計了一種多項式時間復雜度的啟發式算法解決該問題，其優化的目的不在于中繼節點數目最小，而在于部署的總體權值最小，Roh等人將RNP轉化為最小最大化問題，并考慮了節點移動性的影響，Senel等人設計了一種仿生學啟發算法，模仿蜘蛛結網來構建不同節點間的連通性，該方法在實現RNP的同時還能夠提高偵測范圍覆蓋率，Ozkan等人將RNP轉化為混合整數線性規劃問題，并且設計了基于遺傳算法和模擬退火算法的解決方法，Olsson等人和Burdakov等人設計了基于接力鏈(RelayChains)和接力樹(Relay Tree)的單基站單目標站和單基站多目標站RNP解決方法，該方法通過啟發式路徑搜索建立基站和目標站的連接鏈路并通過節點位置局部優化改善中繼節點布設效果，其采用的局部優化方法依據相鄰節點拓撲關系對生成樹進行擴展或消減，而中繼節點集初始位置并不發生改變，Pei等人研究了通信距離約束條件下的多機器人協作未知環境探索問題，優化目標為地域探索耗時最小，其將問題劃分為：地域邊界節點布設、中繼節點布設和節點位置分配與路徑產生四個子問題，并設計了不同的啟發式方法解決這些子問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種多無人機通信中繼平臺協作自主布設方法，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；