[發明專利]一種基于多無人機的數據收集模型優化方法

在審

• 申請號: 202210876491.0
• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115334543A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 王克浩;戴文鋒;唐正;李曉柏
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W28/02;H04B7/185
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

1.一種基于多無人機的數據收集模型優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：引入多個地面節點位置以及多無人機軌跡模型，進一步構建每架無人機軌跡的約束條件，并構建時間離散化序列；

步驟2：構建每個地面節點傳輸功率變量的約束條件；

步驟3：構建每架無人機與每個地面節點之間的信道功率增益模型，構建每架無人機收集每個地面節點數據的信號與干擾加噪聲比模型；

步驟4：構建每架無人機與每個地面節點之間的數據傳輸規劃模型的約束條件；

步驟5：構建整個數據收集過程中每個地面節點的總數據量約束條件；

步驟6：構建每架無人機飛行能耗模型，進一步構建多架無人機飛行能耗模型；

步驟7：構建多個地面節點傳輸數據的總能耗模型；

步驟8：根據多無人機軌跡模型構建多無人機軌跡約束條件；根據節點傳輸功率模型構建傳輸功率約束條件；將無人機收集每個地面節點數據的信號與干擾加噪聲比模型與數據傳輸規劃模型一同構建數據收集約束條件；將無人機飛行能耗模型與節點傳輸數據的總能耗模型構建系統能耗約束條件；將收集節點的最小數據量最大化作為優化目標，通過聯合優化算法優化每架無人機的軌跡、每架無人機的數據傳輸規劃、每架無人機的節點傳輸功率與每架無人機的數據收集時間，得到優化后每架無人機的軌跡、優化后每架無人機的數據傳輸規劃、優化后每架無人機的節點傳輸功率、優化后每架無人機的數據收集時間。

2.根據權利要求1所述的基于多無人機的數據收集模型優化方法，其特征在于：

步驟1中所述多個地面節點位置表示為：

g_k＝(x_k,y_k)^T,k＝1,…,K

其中，g_k表示第k個地面節點的水平位置，x_k表示第k個地面節點的橫坐標，y_k表示第k個地面節點的縱坐標，K表示地面節點的數量；

步驟1中所述多無人機軌跡模型表示為：

q_u[n]＝(x_u[n],y_u[n])^T,n＝1,…,N-1,u＝1,…,U

其中，q_u[n]表示第n個時隙時第u架無人機的軌跡位置，x_u[n]表示第n個時隙時第u架無人機的軌跡位置的橫坐標，y_u[n]表示第n個時隙時第u架無人機的軌跡位置的縱坐標，N-1表示時隙的數量，U表示無人機的數量；

多架無人機的飛行高度均為H；

步驟1中所述每架無人機軌跡模型的約束條件為：

q_u[1]＝q_u[N],u＝1,…,U

其中，D_max代表單個時隙內無人機能夠飛行移動的最大距離且δ表示單個時隙的時間長度，V_max表示無人機的最大飛行速度；d_s代表無人機之間的最小安全距離，表示符號兩邊相互等價；

步驟1所述構建時間離散化序列，具體為：

T_f為無人機完成數據收集時間，每架無人機完成數據收集的時間相同，均為T_f；對其進行離散化處理，將T_f平均分為N-1個時隙，即T_f＝(N-1)δ，δ為每一個時隙的時間長度。

3.根據權利要求1所述的基于多無人機的數據收集模型優化方法，其特征在于：

步驟2所述每個地面節點傳輸功率模型中變量的約束條件，具體為：

0≤p_k[n]≤P_max

k＝1,…,K

n＝1,…,N-1

其中，P_max為地面節點的最大數據傳輸功率，p_k[n]表示第k個地面節點第n個時隙時的數據傳輸功率變量，K表示地面節點的數量，N-1表示時隙的數量。