[發明專利]一種多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法

有效

• 申請號: 202110192662.3
• 申請日: 2021-02-20
• 公開（公告）號: CN112911537B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張廣馳;劉天雨;崔苗;劉圣海;王昆
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/44;H04W4/46;H04W24/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提出一種多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法，包括以下步驟：S1建立信息采集系統模型；S2確定信息采集系統的原問題；S3將原問題劃分為數個子問題；S4處理子問題中的非凸子問題；S5使用交替迭代算法對子問題進行求解；本發明多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法，可以最大化單位時間內信息采集系統的數據傳輸量，使無人機工作時間最小化，提高數據傳輸效率，實現傳感器數據遠距離高效傳輸。

技術領域

本發明涉及無人機通信技術領域，更具體地，涉及一種多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法。

背景技術

無人機因具有高靈活性、高機動性和按需部署的優勢，目前已被應用于救災、火災探測和產品運輸等各個領域。此外，在無人機支持的通信中，無人機有較高的概率與地面節點建立的高質量的視距鏈路，這使無人機通信受到無線通信領域廣泛的關注和研究。在無線傳感器網絡中，由于傳感器節點能量較少，因此可以利用無人機靠近接收傳感器，降低傳感器的傳輸功率，從而減少傳感器的能量消耗。利用無人機作為傳感器數據收集器是延長傳感器網絡通信壽命的有效節能技術。

目前已有很多關于無人機支持的傳感器網絡的研究，大多使用一個無人機來收集傳感器數據信息或向傳感器傳輸能量，適用于傳感器與信息匯集中心距離較近的應用場景，但對于環境較為惡劣的地區，比如核輻射地區，人類無法近距離設立站點接收和分析無人機采集的數據，因此如何遠距離傳輸傳感器數據，成為一個亟待解決的技術問題。

文獻Zhan C,Zeng Y,Zhang R.Energy-Efficient Data Collection in UAVEnabled Wireless Sensor Network[J].IEEE Wireless Communications Letters,2018.該文獻研究了無人機支持的無線傳感網絡，在保證所有的傳感器節點數據被收集的基礎上，通過聯合優化調度無人機的軌跡，最小化所有傳感器節點的能耗。

該文獻僅考慮了傳感器節點到無人機的鏈路，但由于無人機收集的數據信息需要被記錄和分析，并且在遠距離傳輸傳感器數據時，單個無人機無法連接信息匯集中心和傳感器節點，因此仍存在如何遠距離傳輸傳感器數據的技術問題。

發明內容

本發明為克服上述現有技術傳感器數據無法遠距離傳輸的缺陷，提供一種多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種多無人機信息采集系統任務時間最小化的方法，包括以下步驟：

S1：建立信息采集系統模型；

S2：確定所述信息采集系統模型執行信息采集任務的原問題，所述原問題是指，在信息采集系統模型的系統參數滿足預設的初始約束條件的情況下，使無人機的飛行周期時間T中的時隙數量N最小化；

S3：使用塊坐標下降法，將所述原問題劃分為若干個子問題，所述子問題需滿足對應的子約束條件，若所述子問題的所述子約束條件存在非凸約束，則該子問題為非凸子問題；

S4：處理所述非凸子問題子約束條件中的非凸約束，采用連續凸優化方法以及引入松弛變量的方法，使所述非凸約束全部轉化為凸約束，從而將所有非凸子問題轉化為凸子問題；

S5：建立交替迭代算法，通過所述交替迭代算法對所述子問題進行交替迭代求解，得到使所述時隙數量N最小時，所述信息采集系統模型的各系統參數。

上述技術方案中，采用連續凸優化方法以及引入松弛變量的方法，將所述非凸約束轉化為凸約束，使子問題能夠進行求解，進而得出原問題的最優系統參數：使無人機的飛行周期的時隙數量N最小時，各系統參數的取值；由于無人機采用蓄電池供電，造成無人機續航時間短，制約信息采集系統穩定維持的時長，因此通過本發明所述方法，可以最大化單位時間內信息采集系統的數據傳輸量，使無人機工作時間最小化，提高數據傳輸效率，實現傳感器數據遠距離高效傳輸。