一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质，涉及无人机传感技术领域。本申请主要通过提出MIMO模式和中继模式，根据预设的数据传输指标确定无人机采集数据和传输数据的距离，进而以接收的特定数据采集任务为依据，分别计算蜂窝网络中的多个无人机以MIMO模式或中继模式传输数据耗费的时间，以耗费时间较少的协作模式作为多个无人机完成当前数据采集任务的协作模式，并在该协作模式下规划无人机的飞行轨迹，通过无人机U2X通信，使蜂窝网络中的多个无人机协作完成将地面传感器的数据采集并传输给基站的任务，以达到保障通信服务质量的同时，降低传输延迟的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法及装置
本申请涉及无人机传感
，特别是涉及一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质。
技术介绍
随着科技的发展，在大气环境监测、地址勘察等领域，越来越多地应用到无人机传感任务。在无人机传感任务中，地面传感器负责采集温度、空气质量、图片等数据，无人机负责将地面传感器采集的数据传输至基站进行数据处理。现有技术下，一般采用单个无人机完成将地面传感器采集的数据传输到基站的整个任务。当地面传感器距离基站较远时，单个无人机与基站的通信难以同时保障高传输QoS和低通信延迟。并且，网络中设置多个无人机时，多个无人机会执行将地面传感器采集的数据传输到基站的任务的相同的部分，导致多个无人机传输的数据重复，进而浪费了网络中有限的传输资源。
技术实现思路
本申请实施例提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质，旨在通过无人机U2X通信，使蜂窝网络中的多个无人机协作完成将地面传感器的数据采集并传输给基站的任务，以达到保障通信服务质量的同时，降低传输延迟的效果。本申请实施例第一方面提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，应用于蜂窝网络通信系统；所述蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；所述方法包括：所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式可选地，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间，包括：在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。可选地，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第二时间，包括：根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。可选地，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机的飞行轨迹，包括：确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；所述基站按照所述协作模式，设计所述多个无人机的飞行轨迹，包括：分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。可选地，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据传输至所述基站。可选地，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；所述中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，其特征在于，应用于蜂窝网络通信系统；所述蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；所述方法包括：/n所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；/n所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；/n所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；/n所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；/n所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；/n所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；/n所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；/n所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；/n其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。/n...

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，其特征在于，应用于蜂窝网络通信系统；所述蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；所述方法包括：
所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；
所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间中，确定所述第一时间的具体步骤包括：
在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间中，确定所述第二时间的具体步骤包括：
根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机的飞行轨迹，包括：
确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第二时...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋令阳，张舒航，杨笳笛，张泓亮，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11