一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法技术

本发明专利技术提出一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法。k个中继节点将源点S到目的点D的路线分成k+1段；源点S、目的点D以及k个中继节点均为通信节点；各汇聚点中的第一架无人机由汇聚点出发后在各段线路之间飞行以寻找其中继点位置，如果第一架无人机能够为各段线路直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第一架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第一架无人机先与其对应的汇聚点的通信节点建立直接通信，然后第二架无人机由汇聚点向出发并在第一架无人机与下一个通信节点之间飞行以寻找其中继点位置，直至使用若干架无人机作为中继节点为各段线路建立通信链路。本发明专利技术无需人工介入，避免了通信链路时通时断、反复振荡运动的问题。

An unmanned aerial vehicle piecewise topology generation method for communication relay

An unmanned aerial vehicle (UAV) topology generation method for communication relay is proposed in this invention. K, a relay node to the destination point source S D route into k+1 segment; source S, destination D and K relay nodes are communication node; each sink in the first UAV by the focal point of the line for each flight between the following points, if the first frame for each UAV can directly establish line communication relay, relay topology generation sections of line ends; if the first UAV cannot establish communication relay for each line, establishing direct communication node convergence point the first UAV corresponds to the first, then second drones from starting and at the convergence point to the first UAV with a communication node for the flight position, until the use of some drones as a relay node establishes a communication link for each line. The present invention without manual intervention, to avoid the communication link when the broken, repeated oscillation motion problems.

【技术实现步骤摘要】
一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法。
技术介绍
多无人机进行通信中继，是当前无人机群重要的应用场景之一。通信中继是为了解决在两点之间，由于遮挡距离的存在，导致双方无法直接进行通信的问题。如果采用无人机在空中进行转接就可以实现跨视距的两点进行通信。但是这些中继点究竟如何选取呢？尤其是在存在多个无人机，需要多个无人机相互配合，形成一个无人机构成的中继拓扑，由一组无人机来进行通信中继的时候如何控制协调这些无人机，如何让它们协作配合构成快速准确的通信中继链路。是利用无人机群实现通信中继亟待解决的问题。通信中继的位置以及转接点的选取一直是无线中继的重要问题之一。在常规的基站或者是电台通信中继中，为了选取合适的通信点，一般采用理论计算、纯实际测量以及理论计算与实际测量相结合等多种方法。在纯理论计算中，设计者通过地图之间的相对距离以及收发电台的相对高度、电台的发射功率、天线增益等，并通过已知的损耗公式可以算出在特定区域距离上信号的大致损耗，在信号损耗可能会导致无法正确接收数据的点位上设置转发点。纯实际测量则是路测人员利用信号检测工具沿通信中继的路线朝远离信号发射源的方向运动，在信号降低到特定门限后，选取该点为信号转发点。而理论与实际相结合的方法则是先大致估算出理论的衰减距离，然后在通过理论计算选取的点周围用信号测量仪测量信号，然后选择合适的门限确定转发点。在无人机通信中继中，现有一些专利也有一些方法是采用理论计算，计算任意两点之间的理论路径损耗。并在理论路径损耗的合适点选取中继，以保证数据的中继收发。例如清华大学戴琼海等申请的专利技术专利《任务、通信和拓扑交织的无人机集群协同控制方法》(专利申请号：CN201310170260.9)，提出一种任务、通信和拓扑交织的无人机集群协同控制方法，包括以下步骤：建立无人机的任务、通信和拓扑的关联函数；建立无人机的交互通信数目策略集、任务信息矩阵策略集和交互通信无人机之间的相对距离策略集，并确定赢得矩阵及相关约束；获取交互通信数目策略集、任务信息矩阵策略集和交互通信无人机之间的相对距离策略集中满足预设需求的无人机交互通信数目、任务信息传输量和无人机之间的相对距离；以及根据满足预设需求的无人机交互通信数目、任务信息传输量和无人机之间的相对距离对无人机集群进行控制。该专利申请是通过理论计算来构建无人机之间的通信能力；合肥工业大学罗贺等申请的专利《基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的获取方法及系统》(专利申请号CN201610384144.0)，提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的获取方法及系统，该方法包括：根据预设编队的队形构建编队通信图；计算所述编队通信图的最小树形图；判断所述最小树形图的根节点所属的无人机能否作为编队领航者，根据判断结果，获取最优通信拓扑。该方法根据预设编队的队形构建编队通信图，并通过计算编队通信图的最小树形图，再判断所述最小树形图的根节点所属的无人机能否作为编队领航者，根据判断结果，获取最优通信拓扑，保证了编队保持过程中整体的通信代价最小，该方法是基于编队来生成树形图。编队是已知的，并非为通信中继专门设计拓扑；符小卫等的学术论文《无人机协同中继过程中的路径规划与通信优化》(系统工程与电子技术)侧重理论研究，根据节点的理论通信距离布点；李妍文等的学术论文《基于googleearth的无人机中继布局优化软件》(现代电子技术)也是对无人机中继进行理论建模，推导出无人机在一定高度下的覆盖区域，从而设计静态优化配置转发点。上述均属于采用理论模型布点，所布设的无人机实际通信效果难以确定，多无人机如何相互配合实现中继也缺乏具体的方法。传统无线中继时，如果按照理论模型布点，如果布点效果不够理想，可以再对布点位置加以调整，由于中继点都在地面，调整可能并不麻烦。而在空中无人中继时，尤其是在多点中继条件下，一个点位的调整可能会影响全网络的中继拓扑。例如，离源点最近的某中继点，按照理论值布点后，由于周围存在部分环境干扰，通信效果较差，此时需要将该中继点朝更靠近源点的位置移动，而该点移动后，该点与下一个中继点的距离又会拉长，从而导致第二跳中继恶化，而调整第二跳的位置又会影响第二跳和第三跳之间的距离等等。从而导致无人机中继链路尾部来回振荡。无人机本来留空时间就有限，这样的振荡很可能导致整个中继拓扑无法正常工作。而在无线中继选点过程中，现有无线中继点的选取一般是路测人员一站一站通过实际测量或通过理论计算获得的。需要消耗大量的人力物力。在无人机群实现通信中继过程中，多个无人机之间应该是一个什么样的关系，如何能做到多无人机相互之间协同，自动的选举中继转发点？并且在通信中继点选取的过程中不会出现无人机运动的振荡现象呢？这些问题在现有技术方案中都没有提及。
技术实现思路
本专利技术提出一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法，k架无人机飞行到提前设置好的坐标位置，作为k个中继节点；所述k个中继节点将源点S到目的点D的路线分成k+1段；源点S、目的点D以及k个中继节点均为通信节点；除前述k架无人机外，其他所有为实现通信中继的无人机分成k+1拨分别汇聚到源点S以及分段中继节点A1、A2、…、Ak的附近；各汇聚点中的第一架无人机由汇聚点出发后在各段线路之间飞行以寻找其中继点位置，如果第一架无人机能够为各段线路直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第一架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第一架无人机先与其对应的汇聚点的通信节点建立直接通信，然后第二架无人机由汇聚点向出发并在第一架无人机与下一个通信节点之间飞行以寻找其中继点位置，如果第二架无人机能够为第一架无人机与下一个通信节点直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第二架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第三架无人机按照前述过程寻找其中继点位置，直至使用若干架无人机作为中继节点为各段线路建立通信链路。进一步，各无人机在寻找中继点位置以建立通信链路过程中，无人机每飞行一段距离m，测量前一通信节点的发射信号以及当前无线信号强度RSSI，当飞到某一点，无人机检测不到所述通信节点的发射信号时，停止飞行，记录当前无线信号强度RSSI为KS11，然后开始返回飞行，每飞行一段距离m，测量当前无线信号强度RSSI为KS12；当KS12-KS11>T时，T1为门限，则无人机停止飞行，当前位置即为其中继点位置；此时，如果无人机能够检测到下一通信节点的发射信号，且该信号强度较底噪超过门限T2时，则对应路段中继拓扑生成结束；否则，该无人机通过利用已有通信链路告知后续无人机继续起飞寻找下一中继点。进一步，无人机在飞行过程中，其前一邻居节点重复发送同一组分组数据，无人机测量接收的分组数据的正确率，当正确率低于某一门限时，则选取当前位置作为该无人机的中继点位置。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于，本专利技术所提出的无人机通信中继的拓扑生成方法，可以在不需要理论计算布点以及不需要人工介入的情况下，根据预定设定的程序和规则，多个无人机相互配合，先后形成一条动态的中继转发链路；同时，该中继转发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法，其特征在于，k架无人机飞行到提前设置好的坐标位置，作为k个中继节点；所述k个中继节点将源点S到目的点D的路线分成k+1段；源点S、目的点D以及k个中继节点均为通信节点；除前述k架无人机外，其他所有为实现通信中继的无人机分成k+1拨分别汇聚到源点S以及分段中继节点A1、A2、…、Ak的附近；各汇聚点中的第一架无人机由汇聚点出发后在各段线路之间飞行以寻找其中继点位置，如果第一架无人机能够为各段线路直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第一架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第一架无人机先与其对应的汇聚点的通信节点建立直接通信，然后第二架无人机由汇聚点向出发并在第一架无人机与下一个通信节点之间飞行以寻找其中继点位置，如果第二架无人机能够为第一架无人机与下一个通信节点直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第二架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第三架无人机按照前述过程寻找其中继点位置，直至使用若干架无人机作为中继节点为各段线路建立通信链路。

【技术特征摘要】
1.一种用于通信中继的无人机分段拓扑生成方法，其特征在于，k架无人机飞行到提前设置好的坐标位置，作为k个中继节点；所述k个中继节点将源点S到目的点D的路线分成k+1段；源点S、目的点D以及k个中继节点均为通信节点；除前述k架无人机外，其他所有为实现通信中继的无人机分成k+1拨分别汇聚到源点S以及分段中继节点A1、A2、…、Ak的附近；各汇聚点中的第一架无人机由汇聚点出发后在各段线路之间飞行以寻找其中继点位置，如果第一架无人机能够为各段线路直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第一架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第一架无人机先与其对应的汇聚点的通信节点建立直接通信，然后第二架无人机由汇聚点向出发并在第一架无人机与下一个通信节点之间飞行以寻找其中继点位置，如果第二架无人机能够为第一架无人机与下一个通信节点直接建立通信中继，则各段线路的中继拓扑生成结束；如果第二架无人机不能为各段线路建立通信中继，则第三架无人机按照前述过程寻找其中继点位置，直至使用若干架无人机作为中继节...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海，张杰，于卫波，牛大伟，董超，郭晓，李艾静，米志超，王琦，荣凤娟，
申请(专利权)人：中国人民解放军理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32