[發(fā)明專利]多無人機網(wǎng)絡(luò)協(xié)同通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811635024.9
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109753082B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許文俊;王譯鋅;張平;張治;林家儒;李紹勝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京風(fēng)雅頌專利代理有限公司 11403
• 代理人: 陳宙

1.一種多無人機網(wǎng)絡(luò)協(xié)同通信方法，適用于多無人機網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，其特征在于，所述多無人機網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)由一個領(lǐng)無人機與N個從無人機連接構(gòu)成，包括如下步驟：

無人機接收設(shè)定的飛行軌跡，組成無人機編隊并組成由從無人機、領(lǐng)無人機和地面接收站組成的無人機通信網(wǎng)絡(luò)，其中，無人機通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溆肎＝(V,L)表示,V表示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頂點，L表示鏈路，頂點集合V＝{GUDUN}，N表示從無人機，D表示領(lǐng)無人機，G表示地面接收站，鏈路集合記為L＝{L_NN U L_ND U l_DG}，其中L_NN是從無人機之間的鏈路，L_ND是從無人機到領(lǐng)無人機的鏈路，l_DG是領(lǐng)無人機到地面接收站的鏈路；

在時期k，為L_k中的每一條鏈路分配不同的流量，記為鏈路l∈L_k分配的流量為f_l,k，從無人機以相同的中心循環(huán)，領(lǐng)無人機懸停在固定位置，任意兩個從無人機之間以及領(lǐng)無人機與地面接收站之間的信道在一個時期內(nèi)可以承載的數(shù)據(jù)量S_l，k根據(jù)香農(nóng)定理表示為：

其中W_l是鏈路的帶寬，p_l,k是時期k為鏈路l分配給鏈路的功率，h_l,k是時期k的信道衰落系數(shù)，σ²是加性高斯白噪聲的功率，L_NN,k是時期k內(nèi)從無人機之間的鏈路集合，K表示時隙集合；

無人機編隊在飛行時保持相同的模式以固定軌跡運行，領(lǐng)無人機與從無人機之間的鏈路可以承載的最大的數(shù)據(jù)量S_l，k根據(jù)香農(nóng)定理表示為：

其中h_l,t是時刻t的信道衰落系數(shù)，L_ND,k是時期k內(nèi)從無人機到領(lǐng)無人機的鏈路集合，B_k和E_k表示時期k的開始和結(jié)束時刻；

所述式(3)領(lǐng)無人機D與地面接收站G之間的鏈路可以承載的最大的數(shù)據(jù)量S_l，k通過引入輔助變量α后的仿射函數(shù)表達(dá)形式為：

其中，N_k為在時期k期間與地面接收站G之間連通的無人機集合，λ_i，k為k時期無人機i的數(shù)據(jù)傳輸速率，p_i，k為無人機i的發(fā)送功率，α_i，k為k時期對應(yīng)于無人機i的輔助變量，K為時刻的總數(shù)目，λ、f、p_L為傳輸速率、流量安排和發(fā)射功率的向量形式，X為可行集合；

所述式(12)通過引入拉格朗日乘子β和KKT條件來求解，式(12)引入拉格朗日乘子β的表達(dá)式為：

并且根據(jù)KKT條件有：

式中，(·)^*表示求解得到的相應(yīng)的變量的最優(yōu)解，e是自然對數(shù)的底數(shù)，β_i,k為時期k內(nèi)無人機i的拉格朗日乘子，β_i,k為時期k內(nèi)無人機i的拉格朗日乘子，

其中采用雙層循環(huán)算法來求解式(13)的解：鏈路流量f、鏈路的功率p以及信息傳輸速率λ，得到優(yōu)化后的無人機通信網(wǎng)絡(luò)；

從無人機通過優(yōu)化后的無人機通信網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給領(lǐng)無人機，領(lǐng)無人機將匯集的數(shù)據(jù)發(fā)送給地面接收站。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多無人機網(wǎng)絡(luò)協(xié)同通信方法，其特征在于，所述式(13)的拉格朗日函數(shù)表達(dá)形式為：L(ν^m；·)＝L(ν^m；λ,f)+L(ν^m；p_L)，具體可分解成式(18)和式(19)，式(18)為速率控制問題，式(19)為功率控制問題：

其中，式(7)為：Af＝S^g，為多無人機網(wǎng)絡(luò)中關(guān)聯(lián)矩陣和數(shù)據(jù)速率向量的流量守恒表達(dá)式；式(8)為：p_i,k≤p_i,max,k∈K，p_i,max是無人機i的峰值發(fā)送功率。