[發明專利]一種多無人機的路徑規劃與頻譜資源分配方法及系統

在審

• 申請號: 202111577801.0
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114448490A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 胡星星
• 申請（專利權）人: 天翼云科技有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/10;H04W16/18;H04W16/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種多無人機的路徑規劃與頻譜資源分配方法及系統，包括：模擬地面終端分布、熱點分布，得到多個聚簇；依據每個無人機與每個聚簇的距離以及每個無人機能夠接入地面終端的數量，為地面終端配置無人機，通過對不同受災區域的網絡覆蓋及同層無人機之間協同合作，提高應急通信系統的網絡覆蓋率和數據采集效率；基于受其他無人機的干擾參量、與地面終端之間的信道增益，計算每個無人機當前接收的數據量，根據每個無人機當前接收的數據量，結合多維度影響參數，以獲取最大的布置收益為目標，利用COBSO智能算法為每個無人機分配頻率資源、優化無人機軌跡和部署數量，從而提升有限帶寬資源的利用率和系統的生命周期。

技術領域

本發明涉及無人機應用、應急通信及移動邊緣計算領域，具體涉及一種多無人機的路徑規劃與頻譜資源分配方法及系統。

背景技術

隨著科學技術的發展，人們可以隨時隨地的使用手機、電腦等智能終端設備同他人進行通信，人們之間的溝通交流沒有了時間和空間的障礙，基于網絡的通信方式也成為了人們獲取外界信息、與世界相連的主要方式。但是，當地震、火災、海嘯、戰爭等自然或人為災難發生的時候，地面的通信基礎設施將會遭受巨大的破壞甚至完全被摧毀，從而給救援人員的及時救援產生極大地障礙，進而極大地威脅著被困人員的生命財產安全。得益于無人機日益成熟的制造工藝和穩定性能，無人機逐漸的從軍用向民用發展并且被應用到了人民生產生活的方方面面，尤其在輔助應急通信領域具有很好地應用前景，其優勢集中體現在以下幾點：

(1)多無人機組成的空中飛行自組網(Flying Ad hoc network，FANET)具有很強的適應性和擴展性。它可以攜帶各種感知設備，比如傳感器、相機等進行環境探測；它還可以配備無線信號收發器等通信設備來作為空中的基站，以中繼的形式傳遞信息，保證地面人員之間的有效通信。此外，由于其高空飛行的特性，本發明可以認為無人機之間，無人機與地面用戶之間的通信是視距傳輸。在這種情況下，可以很好地保證信息傳輸的質量。

(2)無人機具有即用即飛的特性，部署的靈活性和高移動性使得無人機可以從容的面對很多的復雜情況。

(2)FANET中，如果有一個節點發生故障，無人機群可以快速的部署另一個無人機來代替故障無人機，體現了無人機FANET的較強的魯棒性。此外，由于其部署在高空，可以有效地避免次生災害，如余震，對該系統的影響。

從目前的發展研究現狀來看，無人機輔助通信系統主要分為以下三個方向：無人機輔助通信覆蓋、無人機輔助的中繼傳輸、無人機輔助信息的傳播和數據的采集。但是，目前的無人機輔助應急通信系統還存在著以下不足：(1)無人機集群的飛行速度沒有進行更加充分地考慮。比如，應該根據地面服務終端的密度來進行動態的調整。雖然已經進行了無人機的軌跡的優化，但是優化的結果更多的是服務于更加精確的定位和碰撞避免，在通信質量的保障方面可能有所欠缺。(2)雖然使用了TDMA技術來提出新穎的信道接入機制，但是每一個時隙的大小基本上是固定不變的。在實際的應用場景中，根據實際的任務請求來動態的調整時隙的大小可以獲得更加好的性能指標，比如信道的利用率、通信時延等。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中的不能實現受災區域網絡全覆蓋、頻率資源合理分配的缺陷，從而提供一種多無人機的路徑規劃與頻譜資源分配方法及系統。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

第一方面，本發明實施例提供一種多無人機的路徑規劃與頻譜資源分配方法，包括如下：利用預設模擬方法分別模擬災后地面終端的分布、熱點的分布，得到多個以熱點為中心的地面終端聚簇；依據每個無人機與每個聚簇的距離以及每個無人機能夠接入地面終端的數量，為每個地面終端配置無人機；利用TDMA技術實現無人機的信道接入，基于受其他無人機的干擾參量、與地面終端之間的信道增益，計算每個無人機當前接收的數據量，根據每個無人機當前接收的數據量，結合多維度影響參數，以獲取最大的布置收益為目標，利用COBSO智能算法為每個無人機分配頻率資源、優化無人機軌跡和部署數量。