一种基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统技术方案

本申请提供一种基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统，该方法包括：接收飞行航点坐标信息、邻点范围信息及通信基站位置信息；通过增强机器类通信蜂窝网络连接飞行器，利用飞行器与通信基站之间信号传输的信道增益关系得出增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围；根据邻点范围确定区域内每一点的邻点数量，通过邻点范围信息得出到各个邻点之间的距离，利用最小距离循环演化得到固定航点之间的最小距离；利用人工蚁群算法及固定航点之间的最小距离得到飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序控制飞行器飞行。本发明专利技术实现了飞行器的飞行距离最小化，提升了其飞行的控制效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统
本申请涉及飞行控制的
，尤其涉及一种基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统。
技术介绍
LTE(LongTermEvolution，长期演进)是通用移动通信系统技术标准的长期演进，而LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演进的物联网技术，在R12中叫Low-CostMTC，在R13中被称为LTEenhancedMTC，即eMTC(增强机器类通信)，旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。eMTC(增强机器类通信)基于蜂窝网络进行部署，支持上下行最大1Mbps的峰值速率，属于物联网中速率，其用户设备通过支持1.4MHz的射频和基带带宽，可以直接接入现有的LTE网络。LTE在不断演进的过程中，最新的eMTC(增强机器类通信)和NBIoT都进一步优化了系统的成本、增强了续航能力、扩大了覆盖范围。eMTC(增强机器类通信)的最关键能力在于支持移动性并可以定位，成本只有Cat1芯片的25％，相比于GPRS速率要高四倍。无人机飞行技术现已成为热门研究领域，而现有技术中基于蜂窝网络连接条件控制下的无人机飞行具有诸多的问题，在其设定的场景下基本体现了两点之间无人机使用蜂窝网络控制飞行的问题。但仍存在以下两方面问题：1、没有明确的无人机蜂窝网络通信技术，蜂窝网络有多个版本的技术，不同版本的技术针对于对于不同的应用场景，合理的技术才能实现无人机飞行控制的安全有效性，因此在场景中蜂窝网络版本的选择是一个较为复杂的问题。2、没有多个固定航点飞行方案，在现实生活中，很少只进行单一的两个位置之间的作业，研究多个固定航点飞行距离最短的飞行方案有重要的现实意义，因此现有两个位置之间的飞行控制具有较大的局限性。因此，如何提供一种可靠性强、具有多个航点飞行通信控制的飞行方案是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统，解决现有技术中飞行通信控制可靠性低且无法实现多个航点飞行通信控制的技术问题。为达到上述目的，本申请提供一种基于蜂窝网络控制飞行的方法，包括：接收飞行航点坐标信息、邻点范围信息及通信基站位置信息；通过增强机器类通信蜂窝网络连接飞行器，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围；在所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围内，根据邻点范围确定区域内每一点的邻点数量，通过所述邻点范围信息得出到所述各个所述邻点之间的距离，利用最小距离循环演化得到所述固定航点之间的最小距离；利用人工蚁群算法及所述固定航点之间的最小距离得到所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序；利用所述飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序控制所述飞行器飞行，并实时展现所述飞行器的位置及与起始飞行点之间的飞行距离。可选地，其中，该方法还包括：利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的信道增益关系得到包含所有的所述飞行航点坐标的所述通信基站；当无所述通信基站包含所有的所述飞行航点坐标时，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的信道增益关系得到需要基站数量最少且覆盖所有所述飞行航点坐标的通信基站得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围。可选地，其中，该方法还包括：在飞行范围内所有通信基站组合都未能包含所有的所述飞行航点坐标时，生成不完整飞行控制信息并显示；同时，根据现有通信基站信息找出需要新增通信基站最少的通信基站组合进行展现。可选地，其中，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围，包括：所述飞行器与所述通信基站之间信号传输的信道增益表示为：其中H为飞行器的飞行高度，HG表示通信基站的高度。U(t)表示飞行器在水平面上的坐标，gm表示任意一个通信基站的水平坐标，M表示所有的通信基站数量,β0表示信号在1m的距离时的信道增益；飞行器与通信基站进行通信的信噪比表示为：其中P表示每个通信基站的发射功率，σ2表示飞行器接收机的噪声；蜂窝网络的覆盖范围指的是飞行器和基站间保证通信服务质量的最大通信距离，表示为：Smin表示飞行器与通信基站间通信的最小信噪比。可选地，其中，该方法还包括：展现所述固定航点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离及飞行轨迹顺序；接收针对所述固定航点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离的飞行控制指令，从所述飞行控制指令中获取指定的飞行航点坐标及飞行顺序控制所述飞行器飞行。另一方面，本专利技术还提供一种基于蜂窝网络控制飞行的系统，包括：飞行信息接收器、通信蜂窝网络覆盖范围分析器、邻点距离分析器、飞行轨迹分析器及飞行控制器；其中，所述飞行信息接收器，与所述通信蜂窝网络覆盖范围分析器相连接，用于在飞行控制设备上，接收起始飞行点信息、飞行航点坐标信息、邻点范围信息及通信基站位置信息；所述通信蜂窝网络覆盖范围分析器，与所述飞行信息接收器及邻点距离分析器相连接，用于通过增强机器类通信蜂窝网络连接飞行器，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围；所述邻点距离分析器，与所述通信蜂窝网络覆盖范围分析器及飞行轨迹分析器相连接，用于在所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围内，根据邻点范围内的邻点数量，通过所述邻点范围信息得出到所述各个所述邻点之间的距离，利用最小距离循环演化得到所述固定航点之间的最小距离；所述飞行轨迹分析器，与所述邻点距离分析器及飞行控制器相连接，用于利用人工蚁群算法及所述邻点之间的最小距离得到所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离及飞行轨迹顺序；所述飞行控制器，与所述飞行轨迹分析器相连接，用于利用所述飞行航点坐标的最小距离、固定航点飞行顺序和飞行轨迹控制所述飞行器飞行，并实时展现所述飞行器的位置及与起始飞行点之间的飞行距离。可选地，其中，所述通信蜂窝网络覆盖范围分析器，用于通过以下方式计算蜂窝网络的覆盖范围：所述飞行器与所述通信基站之间信号传输的信道增益表示为：其中H为飞行器的飞行高度，HG表示通信基站的高度。U(t)表示飞行器在水平面上的坐标，gm表示任意一个通信基站的水平坐标，M表示所有的通信基站数量,β0表示信号在1m的距离时的信道增益；飞行器与通信基站进行通信的信噪比表示为：其中P表示每个通信基站的发射功率，σ2表示飞行器接收机的噪声；蜂窝网络的覆盖范围指的是飞行器和基站间保证通信服务质量的最大通信距离，表示为：Smin表示飞行器与通信基站间通信的最小信噪比。可选地，其中，该系统还包括：飞行指令控制器，与所述飞行控制器相连接，用于：展现所述邻点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离及飞行轨迹顺序；接收针对所述邻点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离的飞行控制指令，从所述飞行控制指令中获取指定的飞行航点坐标及飞行顺序控制所述飞行器飞行。本申请实现的有益效果如下：(1)本申请的基于蜂窝网络控制飞行的方法及系统，利用eMTC增强机器类通信有效地弥补了传统无人机点对点通信模式速率低、延迟高、可靠性弱的缺陷，除此之外，该专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，包括：接收飞行航点坐标信息、邻点范围信息及通信基站位置信息；通过增强机器类通信蜂窝网络连接飞行器，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围；在所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围内，根据邻点范围确定区域内每一点的邻点数量，通过所述邻点范围信息得出到所述各个所述邻点之间的距离，利用最小距离循环演化得到固定航点之间的最小距离；利用人工蚁群算法及所述固定航点之间的最小距离得到所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序；利用所述飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序控制所述飞行器飞行，并实时展现所述飞行器的位置及与起始飞行点之间的飞行距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，包括：接收飞行航点坐标信息、邻点范围信息及通信基站位置信息；通过增强机器类通信蜂窝网络连接飞行器，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围；在所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围内，根据邻点范围确定区域内每一点的邻点数量，通过所述邻点范围信息得出到所述各个所述邻点之间的距离，利用最小距离循环演化得到固定航点之间的最小距离；利用人工蚁群算法及所述固定航点之间的最小距离得到所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序；利用所述飞行航点坐标的最小距离、航点飞行顺序及飞行轨迹顺序控制所述飞行器飞行，并实时展现所述飞行器的位置及与起始飞行点之间的飞行距离。2.根据权利要求1所述的基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，还包括：利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的信道增益关系得到包含所有的所述飞行航点坐标的所述通信基站；当无所述通信基站包含所有的所述飞行航点坐标时，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的信道增益关系得到需要基站数量最少且覆盖所有所述飞行航点坐标的通信基站得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围。3.根据权利要求2所述的基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，还包括：在飞行范围内所有通信基站组合都未能包含所有的所述飞行航点坐标时，生成不完整飞行控制信息并显示；同时，根据现有通信基站信息找出需要新增通信基站最少的通信基站组合进行展现。4.根据权利要求1所述的基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，利用所述飞行器与通信基站之间信号传输的保证通信服务质量的信道增益关系得出所述增强机器类通信蜂窝网络的覆盖范围，包括：所述飞行器与所述通信基站之间信号传输的信道增益表示为：其中H为飞行器的飞行高度，HG表示通信基站的高度，U(t)表示飞行器在水平面上的坐标，gm表示任意一个通信基站的水平坐标，M表示所有的通信基站数量,β0表示信号在1m的距离时的信道增益；飞行器与通信基站进行通信的信噪比表示为：其中P表示每个通信基站的发射功率，σ2表示飞行器接收机的噪声；蜂窝网络的覆盖范围指的是飞行器和基站间保证通信服务质量的最大通信距离，表示为：Smin表示飞行器与通信基站间通信的最小信噪比。5.根据权利要求1所述的基于蜂窝网络控制飞行的方法，其特征在于，还包括：展现所述固定航点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离及飞行轨迹顺序；接收针对所述固定航点之间的最小距离及所述飞行器遍历所有飞行航点坐标的最小距离的飞行控制指...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鼎成，但谦，肖霖，张天魁，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西,36