[發明專利]多無人機移動基站位置部署方法

有效

• 申請號: 202010015412.8
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111194038B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 肖振宇;張忱;章樂怡
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04B7/185
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 冀學軍

1.多無人機移動基站位置部署方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一、在長為x_max、寬為y_max的二維矩形區域內隨機分布K個地面用戶和個無人機移動基站，建立每個無人機和所有地面用戶的空間位置模型；

地面用戶集合表示為：每個用戶都是固定的；

無人機集合用表示；

空間位置模型包括每個無人機到每個用戶的三維距離、二維距離和無人機到用戶所在平面的仰角：

無人機m到地面用戶k的三維距離

(x_m,y_m,z_m)為無人機m的坐標，(x_k,y_k,0)為用戶k的坐標；

無人機m到地面用戶k所在的二維平面的距離

無人機m到地面用戶k所在平面的仰角

步驟二、利用空間位置模型，建立每個無人機到各地面用戶的下行通信鏈路的信道增益；

對NLoS情況引入衰減系數κ，將信道系數表達為無人機m與地面用戶k之間距離d的函數：

LoS出現的概率如下：

b為與環境有關的模型參數；

無人機m到地面用戶k的信道增益公式如下：

為信號傳輸的時候存在LoS的概率；β₀是LoS情況下單位距離的路徑損耗；α是路徑衰減指數，κ為信號傳輸的時候存在NLoS時引入的衰減系數；

步驟三、利用空間位置模型中，每個無人機與各用戶間的二維距離R和仰角θ，重新整理信道增益得到信道增益與二維距離R之間的關系；

無人機m與地面用戶k的信道增益重新整理后的關系式如下：

a和b均為與環境有關的模型參數；

步驟四、利用信道增益與二維距離R之間的關系，計算無人機與其服務的用戶之間可以達到的最遠距離，即每架無人機的最大服務半徑R_max；

針對無人機m，首先固定二維距離計算信道增益取得最大值時對應的仰角θ₀；

計算公式為：

然后，令此時的信道增益取值為無人機與用戶實際成功通信的最小信道增益求無人機的最大服務半徑R_max；

公式如下：

步驟五、根據每架無人機的最大服務半徑，構建最小化無人機數量的目標函數，用數量盡可能少的無人機服務全部地面用戶；

目標函數如下：

約束條件如下：

C1要求每個用戶都被至少一個無人機覆蓋；參數γ描述無人機對用戶的覆蓋情況：

用戶k處于無人機m的服務范圍內，取值為1，反之用戶k處于無人機m的服務范圍外，取值為0；

C2表示每架無人機能服務的用戶數量不能超過最大值N_max；

C3表示無人機位置范圍的約束條件；

步驟六、在滿足約束條件下求解目標函數，基于貪心算法的思想將地面用戶分組，每組用戶數盡量接近N_max；

分組的具體步驟為：

步驟601、在用戶集合中找出未被無人機覆蓋的點集對點集提取凸包絡，將用戶點分為邊界點集和內點集

步驟602、選擇區域左下角的邊界點用戶并計算邊界點k₀到其他所有邊界點的距離，將與邊界點k₀距離小于2R_max的邊界點歸入集同時，計算邊界點k₀到其他所有內點的距離，將與邊界點k₀距離小于2R_max的內點歸入集

其中邊界點歸入集中點的優先級高于內點歸入集中的點；

步驟603、利用人工蜂群算法計算無人機m所服務的用戶的集合

步驟604、將點集從點集中刪去后，對點集重新提取凸包絡，更新邊界點集和內點集

步驟605、從邊界點集中選擇與左下角的點k₀最近的點作為新的k′₀，返回步驟602，直至點集為空，將所有用戶分組；

步驟七、在每組中分別部署一架無人機，優化各無人機的位置及服務半徑，實現最大化信道增益的同時最小化其他用戶的干擾。