[發明專利]紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法

在審

• 申請號: 202110335045.4
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113193900A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 趙太飛;林亞茹;張倩;張爽;薛蓉莉
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 北京國昊天誠知識產權代理有限公司 11315
• 代理人: 楊洲

1.一種紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：選取一個移動自組網的運動模型，對無人機運動模型進行量化分析，得到無人機遵循RWP模型運動時的概率密度函數；

S2：采用PPM調制方式，得到無線紫外光通信方式下的覆蓋范圍；

S3：引入網絡連通性近似方法表達式，并對連通性計算進行數學建模；

S4：在所建立模型的基礎上實施分部積分，并通過建立模型計算得到不同參數配置下的網絡k-連通概率；

S5：將基于分部積分建模的計算方法與已有的泊松強度近似法進行比較，從而驗證分部積分法的有效性。

2.根據權利要求1所述的紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，所述步驟S1中無人機運動模型遵循以下規則，以無人機i為例:

(a)運動點從P_i沿鋸齒形的線運動到下一個暫停點P_i+1；

(b)暫停點均勻地隨機分布在一個凸區域；

(c)每個暫停點在開始運動前，將會從均勻的速度分布中隨機獲取一個速度；

(d)當節點在繼續下一段并到達下一個暫停點前，會有一個短暫的思考時間，其中“思考時間”是獨立同分布的隨機變量。

3.根據權利要求1所述的紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，所述步驟S1中概率密度函數如下：

其中，C為一個固定常數并且等于

4.根據權利要求1所述的紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，所述步驟S2具體如下：

在無人機通信過程中，引入紫外光非直視通信方式，采用PPM調制方式，得到無線紫外光通信方式下的覆蓋范圍；其中，覆蓋范圍是以無人機為中心，有效通信距離為半徑的圓域，通信半徑可以表示為：

其中，η是濾波器效率和光電倍增管量子效率的乘積，R_b為信息調制速率，M為PPM調制碼長,ξ為路徑損耗因子，α為路徑損耗指數。

5.根據權利要求1所述的紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，所述步驟S3具體如下：

針對無人機呈離散型概率分布時，設網絡中有n個無人機是離散的泊松靜態分布，無人機i的最小鄰居數記作：d_min，并滿足d_min≥k，網絡中k連通的概率等于網絡中任意無人機的最小鄰居數不小于k的概率，并滿足：

當無人機呈連續型的概率分布時轉換為積分的形式，公式(3)應該轉換為公式(4)以適應移動自組網的場景：

其中，r為無人機i距離分布區域中心的距離，f(r)為無人機分布的概率密度函數，A為分布區域的面積。

6.根據權利要求4所述的紫外光協作無人機通信的網絡連通性分部積分計算方法，其特征在于，所述步驟S4具體如下：

設無人機i的通信半徑為r₀，將無人機i覆蓋范圍內存在鄰居無人機的概率記作p(r_i,r₀)，覆蓋范圍內不存在無人機的概率為1-p(r_i,r₀)，那么，UVA_i覆蓋范圍內鄰居無人機數量服從二項分布，表示為:N_n,k～Bin(n,p(r_i,r₀))；無人機i的覆蓋范圍內至少有k個鄰居無人機的概率為

將公式(5)代入公式(4)中可以得到無人機網絡k-連通概率；其中，p(r_i,r₀)表示為

其中，S為無人機網絡分布區域與無人機i的覆蓋范圍的交集表示為：

無人機網絡在極坐標下分為兩種情況，當r_ir₀時，計算方法如公式(6)，當r_i≤r₀時，f(r)在S上的積分轉為分部積分，為概率密度函數在S₁和S₂兩部分上的積分之和