[發明專利]基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法

在審

• 申請號: 202210077304.2
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114690799A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 張國斌;韋鑫;趙鐵柱
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06N3/04;H04B7/185;H04L67/12;H04L67/562
• 代理公司: 北京匯彩知識產權代理有限公司 11563
• 代理人: 李艷杰

1.一種基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：構建無人機輔助的空天地一體化物聯網系統；

步驟二：構建無人機信道模型、信息年齡模型；

步驟三：建立基于信息年齡的無人機輔助空天地一體化物聯網數據采集模型；

步驟四：將問題轉換為馬爾可夫問題；

步驟五：引入神經網絡解決狀態高維問題；

步驟六：引入深度強化學習算法訓練無人機尋找最優采集點；

步驟七：引入匹配理論將無人機與物聯網設備進行配對。

2.根據權利要求1所述的基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，其特征在于：所述步驟一具體為：構建無人機輔助的空天地一體化物聯網系統，系統中包含低軌衛星，低軌衛星與多個無人機連接，無人機與多個物聯網設備連接，物聯網設備產生的數據具有隨機的時間分布，且產生的數據量服從泊松分布，每輛無人機從初始位置飛到預定位置，收集數據并傳送給衛星，無人機在數據采集時配置為懸停模式。

3.根據權利要求1所述的基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，其特征在于：所述步驟二具體為：

無人機與物聯網設備之間的數據傳輸基于視線，無人機n與物聯網設備m之間的路損為：

其中，d_m,n表示無人機n與物聯網設備m之間的距離，f表示中心頻率，c表示光速，η_LoS表示由人造結構引起的陰影和散射造成的附加損失；

物聯網設備m到無人機n的數據加噪聲比可以表示為：

其中，p_m表示物聯網設備m到無人機的功率，σ²表示高斯白噪聲功率；

物聯網設備m到無人機n的傳輸速率可以通過以下公式計算：

R_m,n＝Blog₂(1+Γ_m,n)

其中，B表示帶寬；

引入信息年齡來描述無人機接收到的感知數據的新鮮度；假設當第一個匹配的物聯網設備生成數據時，無人機開始飛向最終位置；其他匹配物聯網設備在無人機飛行時間內隨機生成數據；當無人機到達目標點時，開始發送數據；因此，信息年齡由無人機的飛行時間和物聯網設備到無人機的傳輸時間組成；

我們用A_m(t)表示在時間t接收到的物聯網設備m的數據的信息年齡：

A_m(t)＝t-u_m(t)

u_m(t)表示物聯網設備m生成數據的時間。

4.根據權利要求1所述的基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，其特征在于：所述步驟三具體為：

要解決的最小化系統信息年齡問題總結為最優化問題為：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

其中，是在時間t無人機n與物聯網設備m的匹配變量，分別表示時間t無人機飛行位置的水平和垂直坐標；約束C1表示如無人機n與物聯網設備m直接進行匹配，則為1，反之為0；約束C2和C3表示無人機與物聯網設備之間的一對多匹配；約束C4表示半徑為S的無人機飛行區域。