[發(fā)明專利]基于二次聚類的多目標(biāo)通信無人機(jī)的巡航編隊(duì)規(guī)劃系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010030058.6
• 申請(qǐng)日: 2020-01-10
• 公開（公告）號(hào): CN111240355B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳立剛;孫光輝;劉健行;付金宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 于歌

基于二次聚類的多目標(biāo)通信無人機(jī)的巡航編隊(duì)規(guī)劃系統(tǒng)，涉及通信無人機(jī)的航跡控制優(yōu)化的算法領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有在搶險(xiǎn)救災(zāi)等過程中，缺少對(duì)無人機(jī)路程的合理規(guī)劃，難以保證將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部發(fā)送出去的問題。本申請(qǐng)利用聚類分析與蟻群算法結(jié)合的方式，解決多目標(biāo)、多通信無人機(jī)情況下對(duì)無人機(jī)的最優(yōu)分配，使每個(gè)無人機(jī)都能夠完成規(guī)劃的巡航路程，從而實(shí)現(xiàn)向地面通信接收基站發(fā)送數(shù)據(jù)，本申請(qǐng)?jiān)诙嗄繕?biāo)、多無人機(jī)情況下，可以構(gòu)建一個(gè)覆蓋率高、巡航總航程短、資源有效配置的系統(tǒng)。它用于規(guī)劃無人機(jī)路程，將待發(fā)送的數(shù)據(jù)全部發(fā)送出去。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)巡航編隊(duì)系統(tǒng)。屬于通信無人機(jī)的航跡控制優(yōu)化的算法領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人機(jī)作為一種新型技術(shù)，可以在多種場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用。為了更加有效、合理的規(guī)劃無人機(jī)航線及調(diào)度，對(duì)于復(fù)雜化環(huán)境下，例如地震等搶險(xiǎn)救災(zāi)過程中，多無人機(jī)的多目標(biāo)的快速覆蓋仍然是一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于通信無人機(jī)通訊覆蓋及無人機(jī)資源分配及區(qū)域巡航問題上總體協(xié)調(diào)還很難解決，從而無法最大限度的實(shí)現(xiàn)無人機(jī)資源的最優(yōu)化分配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有在搶險(xiǎn)救災(zāi)等過程中，缺少對(duì)無人機(jī)路程的合理規(guī)劃，難以保證將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部發(fā)送出去的問題。現(xiàn)提供基于二次聚類的多目標(biāo)通信無人機(jī)的巡航編隊(duì)規(guī)劃系統(tǒng)。

基于二次聚類的多目標(biāo)通信無人機(jī)的巡航編隊(duì)規(guī)劃系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括地面通信接收基站，所述系統(tǒng)還包括無人機(jī)通訊系統(tǒng)1和無人機(jī)編隊(duì)巡航系統(tǒng)2，

無人機(jī)編隊(duì)巡航系統(tǒng)2包括中央控制模塊2-1、基站聚類分析模塊2-2和無人機(jī)路徑規(guī)劃模塊2-3，

無人機(jī)通訊系統(tǒng)1設(shè)置在無人機(jī)上，

中央控制模塊2-1，用于存儲(chǔ)每個(gè)無人機(jī)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和存儲(chǔ)每個(gè)無人機(jī)與地面通信接收基站進(jìn)行通訊的基站帶寬，根據(jù)基站帶寬和內(nèi)部設(shè)計(jì)的通訊校驗(yàn)系統(tǒng)得到通訊距離內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，根據(jù)該數(shù)據(jù)量調(diào)節(jié)無人機(jī)的飛行速度；還用于存儲(chǔ)地形狀況；

無人機(jī)路徑規(guī)劃模塊2-3，用于根據(jù)每個(gè)地面通信接收基站的坐標(biāo)，得到總巡航路程，利用總巡航路程除以一個(gè)無人機(jī)的續(xù)航里程，得到需要使用的無人機(jī)數(shù)量；還用于采用蟻群算法和根據(jù)各組的樣本點(diǎn)對(duì)每臺(tái)無人機(jī)規(guī)劃巡航路程；

基站聚類分析模塊2-2，用于利用聚類分組算法將地面通信接收基站的坐標(biāo)分成M組樣本點(diǎn)，使M值等于無人機(jī)數(shù)量，若M臺(tái)無人機(jī)中有m臺(tái)無人機(jī)未能完成各自組內(nèi)的巡航路程，且m臺(tái)無人機(jī)每組的巡航路程續(xù)航里程*(15％+1)，則將m組中每組內(nèi)的樣本點(diǎn)平均分成兩組，且兩組各用一臺(tái)無人機(jī)完成規(guī)劃的巡航路程，若M臺(tái)無人機(jī)中有m臺(tái)無人機(jī)未能完成各自組內(nèi)的巡航路程，且m臺(tái)無人機(jī)每組的巡航路程續(xù)航里程*(15％+1)，則將m組中每組內(nèi)的N個(gè)樣本點(diǎn)聚類成N-1個(gè)樣本點(diǎn)，然后通過無人機(jī)路徑規(guī)劃模塊2-3獲得聚類后的該組巡航路程，判斷該組內(nèi)無人機(jī)的續(xù)航里程是否小于聚類后該組巡航路程，如果是，則將N個(gè)樣本點(diǎn)聚類成N-2個(gè)樣本點(diǎn)，直至無人機(jī)路徑規(guī)劃模塊2-3根據(jù)聚類后的樣本點(diǎn)得到的巡航路程小于續(xù)航里程，如果否，則按照聚類后該組巡航路程進(jìn)行巡航；

無人機(jī)通訊系統(tǒng)1，用于通過中央控制模塊1接收巡航路程和飛行速度控制無人機(jī)飛行，同時(shí)接收中央控制模塊2-1內(nèi)存儲(chǔ)的每個(gè)無人機(jī)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，使每個(gè)無人機(jī)將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部傳輸給地面通信接收基站；還用于采集中央控制模塊2-1的地形狀況，結(jié)合實(shí)時(shí)采集到的無人機(jī)飛行環(huán)境信息，調(diào)整飛行姿態(tài)。

優(yōu)選的，無人機(jī)通訊系統(tǒng)1包括導(dǎo)航及航線控制模塊1-1、信息存儲(chǔ)模塊1-2、飛行控制模塊1-3、雷達(dá)通信模塊1-4、陀螺儀傳感器1-5、溫濕度傳感器1-6、氣壓高度測(cè)量模塊1-7和卡爾曼濾波模塊1-8，

導(dǎo)航及航線控制模塊1-1，用于實(shí)時(shí)采集無人機(jī)的位置信息，將該信息反饋給中央控制模塊2-1；

信息存儲(chǔ)模塊1-2，用于從中央控制模塊2-1接收待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將該數(shù)據(jù)傳輸給地面通信接收基站；