[發(fā)明專利]一種基于邊緣計算的無人機目標追蹤功耗優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910890001.0
• 申請日: 2019-09-20
• 公開（公告）號: CN110553629B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧曉衡;李君;李博
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;H04N7/18
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 葉碧蓮

1.一種基于邊緣計算的無人機目標追蹤功耗優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟：

S1、設(shè)置無人機追蹤過程中視頻處理模式；所述視頻處理模式包括兩種：

第一種是無人機捕獲并存儲視頻，在本地執(zhí)行其任務(wù)處理過程，直到無人機完成任務(wù)并返回結(jié)果；

第二種模式是將視頻處理任務(wù)卸載到地面服務(wù)器進行處理；

所述視頻處理模式根據(jù)推導(dǎo)無人機的續(xù)航時間與無人機重量之間的函數(shù)關(guān)系作為選擇依據(jù)，具體為：

通過無人機續(xù)航時間的估計方法，從理論上分析無人機整機重量對續(xù)航時間的影響，推導(dǎo)出續(xù)航時間與機身重量之間的關(guān)系為：

其中，T_ent是續(xù)航時間，G是無人機的重量，W_b是電池的電量，U_b是電池電壓，σ是電調(diào)的占空比，C_M是螺旋槳轉(zhuǎn)矩系數(shù)，D_P是螺旋槳直徑，C_T是螺旋槳拉力系數(shù)，K_T是電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)，n_r是螺旋槳個數(shù)，I_m0是標稱空載電流；

通過分析實際的實驗數(shù)據(jù)，模擬無人機單位時間的耗能量(J/s)與無人機重量(kg)之間的關(guān)系，然后對不同視頻處理模式下的能耗進行比較；

S2、計算任務(wù)分配，通過同時考慮無人機發(fā)射功率的調(diào)整和邊緣節(jié)點的選擇機制為無人機選擇合適的發(fā)射功率和服務(wù)節(jié)點，最小化總開銷。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊緣計算的無人機目標追蹤功耗優(yōu)化方法，其特征在于，所述計算任務(wù)分配的方法具體包括：

在無人機進行追蹤的過程中，無人機將計算任務(wù)卸載到地面邊緣節(jié)點進行協(xié)同處理，并接收返回結(jié)果；

用表示任務(wù)執(zhí)行總時延，其計算公式為：

用E_m，k表示通信過程中的能耗，其計算公式為：

其中，為任務(wù)傳輸時延，為任務(wù)計算時延，S_m是時隙m的數(shù)據(jù)量，是信道容量，β₀表示參考距離d₀＝1m處的信道功率，用P_m，k表示在時隙m中無人機分配給節(jié)點n_m，k的發(fā)射功率，B表示信道帶寬，σ²是高斯白噪聲功率，是距離d₀＝1m時的信噪比，r_m，k是邊緣節(jié)點計算能力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于邊緣計算的無人機目標追蹤功耗優(yōu)化方法，其特征在于，為了降低通信能耗和時延的權(quán)重，用總開銷cost_m，k表示，

其中，α(≥0)和β(≥0)表示傳輸能量消耗和總延遲的相對權(quán)重，可以設(shè)置和調(diào)整以滿足不同的情況。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于邊緣計算的無人機目標追蹤功耗優(yōu)化方法，其特征在于，所述計算任務(wù)分配的目標是聯(lián)合優(yōu)化無人機的傳輸功率P和邊緣節(jié)點EN的選擇機制X，以便最小化無人機傳輸能耗與總延遲之間的權(quán)衡，同時確保正常跟蹤；

將P和X分別表示為和

無人機目標跟蹤系統(tǒng)的目標函數(shù)為：

為了確保無人機能夠接收結(jié)果并及時調(diào)整以正常跟蹤目標，需滿足：

其中，是任務(wù)執(zhí)行時間，它是任務(wù)傳輸時間和任務(wù)處理時間的和，δ_t是計算任務(wù)的延遲限制。