[發明專利]一種分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率的優化方法

有效

• 申請號: 202011260584.8
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112383872B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 馬躍;毛仲君;賈濤;葉德章;徐海航
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/06;H04W4/40;H04W52/14;H04W52/24;H04W52/28
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了一種分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率的優化方法，涉及無人機編隊技術領域，包括以下步驟：S1：每架無人機廣播發送以北東地坐標為參考系的飛行狀態信息，包括位置信息和速度信息；S2：每架無人機獲取編隊中其他無人機的狀態信息，計算本機到編隊內所有其他無人機的相對位置矩陣和相對速度矩陣；S3：每架無人機計算本機與其他無人機的相對速度矢量在相對位置矢量上的速度投影；S4：設置安全距離，分別計算每架無人機與其他無人機之間的參考狀態信息發送頻率；在保證編隊飛行安全前提下，降低分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率，減少編隊飛行對通信網絡速率需求，增加分布式無人機編隊規模。

技術領域

本發明涉及無人機編隊技術領域，更具體地說，它涉及一種分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率的優化方法。

背景技術

相對于集中式，分布式無人機編隊不依賴控制中心，具有更好的抗毀能力，可有效提升無人機編隊的生存能力。因此，分布式無人機編隊在軍事、應急搶險等領域受到越來越廣泛的關注。然而，相比于集中式無人機編隊，分布式無人機編隊相關實用化研究尚處于起步、甚至是空白狀態。

為了實現編隊隊形保持、隊形變換和避碰等功能，分布式無人機編隊中每架無人機需要獲取其他無人機的飛行狀態信息。因此，每架無人機需要通過無線通信設備按照一定頻率廣播發送自身飛行狀態信息。機載通信設備由于體積、重量和功耗的限制，與地面設備相比，其通信速率受到顯著限制。然而，隨著編隊中無人機數量的增加，編隊中各架無人機之間的信息傳輸量將幾何增長，嚴重影響分布式無人機的編隊規模。

降低無人機發送自身狀態信息的發送頻率可以顯著降低編隊中信息傳輸量，可有效提升編隊規模，進一步提升編隊遂行任務的能力。另一方面，當無人機狀態信息發送頻率過低時將影響編隊的飛行安全。現有方法是將信息頻率劃分為高低兩檔，當編隊中無人機飛行狀態變化劇烈時采用高頻率發送，反之則采用低頻率發送。現有技術存在以下不足：

(1)簡單的二元發送頻率優化策略，難以適應多樣化的編隊飛行狀態。

(2)沒有考慮衛星導航信息更新率的限制。衛星導航信息更新率決定了無人機有效狀態信息的更新頻率，應將該限制加入無人機狀態信息發送頻率計算過程。

(3)沒有考慮通信鏈路丟包率對無人機發送自身狀態信息頻率的影響。由于無線信道的衰落特性影響，無線通信鏈路不能完全可靠，存在著一定通信丟包率，應在計算無人機狀態信息發送頻率過程中考慮其影響。

發明內容

本發明目的在于針對上述現有技術的不足，針對分布式無人機編隊場景，提出一種分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率的優化方法，考慮衛星導航信息更新率和通信鏈路丟包率的影響，在保證編隊飛行安全前提下，降低分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率，減少編隊飛行對通信網絡速率需求，增加分布式無人機編隊規模。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種分布式無人機編隊狀態信息廣播發送頻率的優化方法，包括以下步驟：

S1：每架無人機廣播發送以北東地坐標為參考系的飛行狀態信息，包括位置信息和速度信息；

S2：每架無人機獲取編隊中其他無人機的狀態信息，計算本機到編隊內所有其他無人機的相對位置矩陣和相對速度矩陣；

S3：每架無人機計算本機與其他無人機的相對速度矢量在相對位置矢量上的速度投影；

S4：設置安全距離，分別計算每架無人機與其他無人機之間的參考狀態信息發送頻率；

S5：每架無人機用其他無人機到本機的通信丟包率代替本機到其他無人機的通信丟包率，計算本機到其他無人機的安全狀態信息廣播發送頻率；

S6：選取某無人機到其他無人機的安全狀態信息廣播發送頻率的最大值作為該架無人機的編隊安全狀態信息廣播發送頻率；