【技术实现步骤摘要】
一种基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法
本专利技术属于无人机通信
,特别是一种基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法。
技术介绍
近年来,小型化无人机凭借着造价低、灵活性强、易于控制和部署等诸多优点,在军用和民用领域都发挥着重要作用,如应急通信、数据采集、巡逻监控、资源勘探、人员搜救等,引起了广泛关注。特别是在军事领域,无人机作战被认为是颠覆现有作战模式的新型作战样式,引起了全球范围内的广泛关注,中央军委科技委和美国国防部高级研究计划局(DARPA)都设立了相关研究项目,旨在形成无人系统作战能力。同时,无人机也被认为是5G中解决偏远地区覆盖和应急通信的关键技术。无人机系统相比于传统的地面移动自组织网络(MobileAd-hocNetwork,MANET)和车载自组织网络(vehicleAdHocnetwork,VANET)有很大的不同。第一,区别于传统地面系统,为了提升任务完成效果,无人机往往以大规模群体的形式完成任务或服务大量用户,数量规模大。第二,“高动态”是无人机网络最为突出的特点之一:一方面,节点位置移动速度快,速度通常在30~460km/h,这种高速移动的特性使得节点之间的相互位置变化快;另一方面,无人机群的任务复杂性较高,所处的环境可能是未知的,而且复杂多变,信号衰减模型类型多样且不固定,使得无人机网络节点之间的连通性和通信质量受到严重影响;此外,受限于当前技术水平下的体积与载荷约束,无人机在空中停留或飞行时间较短,其能量是受限的。总体来说,无人机具有大规模、高机动和能量受限等特点。从应用形态来说,基于无人机的通信可分为:无人机辅助的 ...
【技术保护点】
1.一种基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,包括如下步骤:(10)无人机基站为目标区域提供通信覆盖:无人机基站在目标区域上空盘旋为地面用户提供无线服务;(20)上报地面用户的数量、位置和QoS需求:无人机通过QoS需求得出无人机盘旋的高度,并根据地面用户的数量划分盘旋周期,使得划分的时隙数量等于用户数量;(30)无人机为地面用户分配时隙:无人机通过启发式算法,联合优化地面用户的时隙分配方案与无人机盘旋半径;(40)无人机向地面用户反馈时隙分配结果:无人机基站将时隙分配方案转发给地面用户,无人机以最优半径盘旋;(50)地面用户接入无人机网络:地面用户根据无人机的时隙分配方案按时隙依次接入网络,直至所有地面用户完成通信。
【技术特征摘要】
1.一种基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,包括如下步骤:(10)无人机基站为目标区域提供通信覆盖:无人机基站在目标区域上空盘旋为地面用户提供无线服务;(20)上报地面用户的数量、位置和QoS需求:无人机通过QoS需求得出无人机盘旋的高度,并根据地面用户的数量划分盘旋周期,使得划分的时隙数量等于用户数量;(30)无人机为地面用户分配时隙:无人机通过启发式算法,联合优化地面用户的时隙分配方案与无人机盘旋半径;(40)无人机向地面用户反馈时隙分配结果:无人机基站将时隙分配方案转发给地面用户,无人机以最优半径盘旋;(50)地面用户接入无人机网络:地面用户根据无人机的时隙分配方案按时隙依次接入网络,直至所有地面用户完成通信。2.根据权利要求1所述的基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,所述(10)无人机基站为目标区域提供通信覆盖,具体步骤包括:(11)紧急事件发生或基站过载:在紧急事件发生,或由于地面用户数量过多而导致基站过载后,地面基站无法提供正常的服务;(12)使用无人机临时基站:地面基站无法为地面用户提供正常的服务,使用无人机基站来为地面用户提供服务,以缓解地面基站的负担。3.根据权利要求1所述的基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,所述(20)无人机通过QoS需求得出无人机盘旋的高度,具体步骤如下:无人机基站利用地面用户的QoS需求,根据所处的环境和信道的路径损耗,得到在该QoS需求下,使无人机基站对地面用户覆盖范围最大的高度,即该QoS需求下无人机的最佳高度;同时,无人机按照地面用户的数量来划分盘旋周期,将盘旋周期均匀的分成与地面用户数理相等的分数,并且每一个时隙只允许一个地面用户接入,从而将无人机时隙优化问题转化为地面用户公平性最高问题。4.根据权利要求1所述的基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,所述(30)无人机为地面用户分配时隙,具体步骤如下:(31)初始化算法参数:无人机基站在启动基于启发式算法的时隙分配算法后,需要初始化算法的各项参数,包括:地面用户的数量、地面用户的位置、环境参数、地面用户的QoS需求、无人机初始半径、蚁群算法和遗传算法的初始参数;(32)蚁群算法优化时隙分配方案:根据无人机初始半径和蚁群算法初始参数,以地面用户公平性最高为目标、使用蚁群算法优化无人机时隙分配方案,得到该盘旋半径下的最优时隙分配方案;(33)遗传算法优化无人机盘旋半径:根据蚁群算法得到的时隙分配方案和遗传算法的初始参数,以地面用户公平性最高为目标、使用蚁群算法优化无人机盘旋半径,得到该时隙分配方案下的最优盘旋半径;(34)蚁群算法和遗传算法多次迭代:将遗传算法得出的盘旋半径赋给蚁群算法,然后将蚁群算法和遗传算法即步骤(33)~(34)进行反复迭代,直至遗传算法得出的盘旋半径不再变化,此时用户的公平性最高,该盘旋半径即为最优盘旋半径,算法结束。5.根据权利要求3或4所述的基于启发式算法的无人机盘旋半径优化方法,其特征在于,地面用户公...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈彦成,李宁,谢威,郭明喜,王聪,陈丽花,徐键卉,
申请(专利权)人:中国人民解放军陆军工程大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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