[發(fā)明專利]一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法

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• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111711960A
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐煜華;陳瑾;俞星月;劉典雄;楊旸
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/20
• 分類號(hào): H04W16/20;H04W16/22;H04W16/26;H04W52/24;H04B7/185;G05D1/10
• 代理公司: 北京力量專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11504
• 代理人: 姚遠(yuǎn)方

一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法，將無人機(jī)群三維部署模型分成兩個(gè)問題求解，無人機(jī)通過兩個(gè)階段來改變自身的三維位置狀態(tài)和功率選擇得到的整體效用值，再根據(jù)策略選擇公式依概率調(diào)整當(dāng)前狀態(tài)，最終收斂到穩(wěn)定解。能很好地描述基于地面任務(wù)分布的無人機(jī)協(xié)同覆蓋場景，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中對無人機(jī)群的部署模型做出的假設(shè)過于簡化，沒有充分考慮天線增益、空?地鏈路特性、無人機(jī)狀態(tài)、信道衰落等實(shí)際物理因素，無法準(zhǔn)確描述空地狀態(tài)變化對無人機(jī)效用的影響的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法。

背景技術(shù)

無人駕駛飛機(jī)簡稱無人機(jī)，英文縮寫為UAV，是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)，或者由車載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作，而無人機(jī)通信技術(shù)是無人機(jī)開發(fā)中的重點(diǎn)技術(shù)之一。近年來，靈活、高效的無人機(jī)通信技術(shù)得到了迅速發(fā)展，在動(dòng)態(tài)變化的通信場景中發(fā)揮著重要作用。在執(zhí)行戰(zhàn)場偵察，數(shù)據(jù)采集、救援等緊急任務(wù)時(shí)，通常采用多無人機(jī)聯(lián)合覆蓋的方式進(jìn)行。根據(jù)任務(wù)分布差異動(dòng)態(tài)地調(diào)整無人機(jī)位置部署尤為重要。然而，針對無人機(jī)覆蓋部署問題，很多研究通過設(shè)立閾值來確定無人機(jī)是否成功覆蓋區(qū)域點(diǎn)，對系統(tǒng)模型做出的假設(shè)過于簡化，協(xié)作覆蓋性能度量方法沒有充分考慮實(shí)際物理模型和自組織網(wǎng)絡(luò)中局部合作的特點(diǎn)。

實(shí)際上，由于無人機(jī)的飛行特性，它們會(huì)受到視距鏈路概率、陰影衰落、路徑損耗等影響，所以每架無人機(jī)并不是百分百地成功覆蓋每個(gè)目標(biāo)，都有一定的覆蓋成功概率。但是，通過相互之間的合作覆蓋，能夠提高任務(wù)目標(biāo)的被覆蓋概率，從而提高對整個(gè)任務(wù)區(qū)域的覆蓋效果，避免無人機(jī)只顧己身所帶來的效用損失。單架無人機(jī)只要改變自身水平位置和高度、或者傳輸功率等狀態(tài)，就會(huì)改變對任務(wù)區(qū)域的覆蓋成功概率，從而改變其覆蓋效用。在現(xiàn)有的一些工作中，較少考慮多無人機(jī)協(xié)同覆蓋場景，因?yàn)橐枋鼍植孔儎?dòng)會(huì)影響整體性能這樣的合作關(guān)系很難。因此通常采用如“參考文獻(xiàn)：D.Monderer,L S. Shapley.“Potential Games,”Games and Economic Behavior,vol.14,no. 1,pp.124-143,1996.”所提及的博弈論研究多無人機(jī)之間的相互作用。此外，大多相關(guān)文獻(xiàn)對無人機(jī)群的部署模型做出的假設(shè)過于簡化，沒有充分考慮天線增益、空-地鏈路特性、無人機(jī)狀態(tài)、信道衰落等實(shí)際物理因素，無法準(zhǔn)確描述空地狀態(tài)變化對無人機(jī)效用的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法，能很好地描述基于地面任務(wù)分布的無人機(jī)協(xié)同覆蓋場景，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中對無人機(jī)群的部署模型做出的假設(shè)過于簡化，沒有充分考慮天線增益、空-地鏈路特性、無人機(jī)狀態(tài)、信道衰落等實(shí)際物理因素，無法準(zhǔn)確描述空地狀態(tài)變化對無人機(jī)效用的影響的缺陷。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法的解決方案，具體如下：

一種能量效率知覺的無人機(jī)群三維部署方法，包括：

將無人機(jī)群三維部署模型分成兩個(gè)問題求解，無人機(jī)就據(jù)此通過兩個(gè)階段來改變自身的三維位置狀態(tài)和功率選擇得到的整體效用值，再根據(jù)策略選擇公式依概率調(diào)整當(dāng)前狀態(tài)，最終收斂到穩(wěn)定解。

對所述無人機(jī)群三維部署模型的描述如下：所述無人機(jī)群三維部署模型涉及到無人機(jī)群的水平位置和高度的三維部署問題，該問題也就是無人機(jī)群的三維位置部署問題；所述無人機(jī)群三維部署模型還涉及到無人機(jī)群的功率控制問題。

所述兩個(gè)階段包括：當(dāng)所述無人機(jī)群中的無人機(jī)完成了最大化覆蓋效用的三維位置部署后，開始功率優(yōu)化來讓無人機(jī)調(diào)整傳輸功率，在滿足地面任務(wù)的區(qū)域的最低通信需求下最大化該無人機(jī)群三維部署模型的覆蓋能量效率。

進(jìn)一步地，所述兩個(gè)階段具體分為第一階段和第二階段；