[發明專利]基于位置預測的編隊無人機路由協議

在審

• 申請號: 202110264134.4
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN115087065A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 江虹;朱笛;張秋云
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于位置預測的編隊無人機路由協議，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：無人機按照傳統先應式路由協議建立拓撲結構；

步驟二：計算節點間的最大通信距離d_max；

步驟三：在預測間隔內將無人機加速度看作均值為零方差為恒定值的高斯變量，經推導得到無人機三維坐標的聯合概率密度函數，由聯合概率密度求得無人機的位置軌跡坐標點集合；

步驟四：根據節點的坐標預測結果計算節點間在預測間隔內的歐氏距離，將此距離和節點間最大通信距離相比較得到節點預測位置間的通信概率P；

步驟五：結合Dijkstra算法與A-Star算法計算出最多3條備選路徑，并在計算過程中參考預測位置間的通信概率P；

步驟六：計算預測間隔內鄰居節點數據傳輸次數的期望值，由數據傳輸次數的期望值估算備選路徑中節點的剩余電量；

步驟七：綜合評估預測間隔內的路徑連通率和路徑上節點剩余電量，選擇剩余電量滿足傳輸需求且連通率較大的路徑作為最優路徑，將此路徑作為本發明涉及路由協議的數據傳輸路徑。

2.根據權利要求1所述的基于位置預測的編隊無人機路由協議，其特征是，所述步驟三具體為：

本發明將無人機節點在坐標軸上預測間隔內的加速度看作均值為零方差為恒定值的高斯變量，定義預測間隔ΔT=t_n-t_n-1=mΔt，其中Δt為最小時間單位，m為正整數；

定義節點在x軸上第i個時間單位后的速度分量為v_x⁽ⁱ⁾，得到其表述式為：

其中ε_x⁽⁰⁾表示x軸上的第i個高斯加速度分量；

定義x軸上t_n時刻的位置坐標為x⁽ⁿ⁾，其表述式為：

本發明根據x軸上t_n-1時刻的位置坐標為x^(n-1)推導得到在x軸上t_n時刻的位置坐標均值μ_x和方差δ_x²的表述式如下：

，

其中δ_εx²為加速度在x軸上分量的方差，為了簡化計算，假設ε_x⁽ⁱ⁾的所有方差均相等；

在y軸和z軸上的位置坐標均值μ_y、μ_z和方差δ_y²、δ_z²計算過程與x軸相似；本發明假設三個坐標軸上的加速度相互獨立，則可根據三個坐標軸上位置的均值和方差表達式推導出節點從坐標（x^(n-1)，y^(n-1)，z^(n-1)）到坐標（x⁽ⁿ⁾，y⁽ⁿ⁾，z⁽ⁿ⁾）的聯合概率密度函數為：

根據此式，可得到無人機節點在t_n時最大概率的位置坐標；

定義無人機節點在預測間隔ΔT=t_n-t_n-1=mΔt內的坐標點軌跡為L_Ri，根據上述聯合概率密度函數可得到L_Ri的表述式為L_Ri={L_Ri⁽¹⁾，L_Ri⁽²⁾，…，L_Ri⁽ⁿ⁾，…，L_Ri^(m)}，其中L_Ri⁽ⁿ⁾= {x_Ri⁽ⁿ⁾，y_Ri⁽ⁿ⁾，z_Ri⁽ⁿ⁾}表示節點R_i在第n個時間單位nΔt時的位置坐標，其中n分布于區間[1,m]且為整數。