一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法技术

本发明专利技术提出了一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法，主要解决现有无人机路径规划方案中无人机数目最小化的问题，实现步骤为：1)初始化参数；2)构建待访问传感器集合并初始化局部最优路径集合；3)计算无人机的飞行能耗、悬停能耗和通信能耗；4)采用改进蚁群算法为给定数目的无人机规划飞行路径，确定局部最优路径集合；5)根据局部最优路径集合的特点，获取无人机路径规划结果。本发明专利技术保证在访问所有传感器的基础上，使用最少数量的无人机完成任务，减少了系统成本，同时降低了无人机的总能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法
本专利技术属于通信
，涉及一种无人机路径规划方法，具体涉及一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法，可用于无人机成本受限条件下的数据采集。
技术介绍
近年来，无人机技术飞速发展，在军事和民用领域发挥着重要作用。轻巧的机身、灵活的运动方式使得无人机可以在复杂环境中进行数据采集和传输。在实际应用中，无论是燃油型无人机还是充电型无人机，能量都是有限的，并且购买一架无人机的经济成本不可忽视，一架民用型无人机的售价可达数十万元，使用多架无人机访问传感器节点时，使用的无人机数目越多，访问传感器节点的总成本也就越大。因此在无人机网络中，需要在满足无人机能耗约束的条件下确定使用的无人机的最少数目，降低无人机的成本。网络中，传感器节点的数量是一定的，为了减少使用的无人机的数目，需要使每个无人机尽可能多的访问传感器节点。AbdelhamidS.在2018年于IEEEInternationalConferenceonCommunicationsWorkshops中发表了UAVpathplanningfo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)初始化参数：/n初始化分布在地面的坐标位置为(0,0)的中心控制器为O处有K个无人机U＝{U

【技术特征摘要】
1.一种实现无人机数目最小化的无人机路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)初始化参数：
初始化分布在地面的坐标位置为(0,0)的中心控制器为O处有K个无人机U＝{U1,U2,...,Uk,...,UK}；初始化分布在地面的I个传感器为A＝{A1,A2...Ai,...AI}，I≥2，第i个传感器Ai的位置坐标为(xi,yi)；所有无人机的最大能量均为Eth，飞行速度均为v，单位时间内的飞行能耗、悬停能耗和通信能耗均为ef、eh和et，在第i个传感器Ai上空悬停以及通信的时间均为ti，K≥1，Uk表示第k个无人机；初始化坐标位置与中心控制器O的坐标位置相同的K个虚拟传感器为B＝{B1,B2...Bk,...BK}，任意两个虚拟传感器之间的距离为∞，所有无人机在第k个虚拟传感器Bk上空悬停与通信的时间均为初始化包含M只蚂蚁的蚂蚁种群S＝{S1,S2…Sm…SM}，M≥50，Sm表示第m只蚂蚁；初始化路径选择系数为q0，信息素挥发因子为ρ，迭代次数为iter，最大迭代次数为iter_max，iter_max≥2000，并令iter＝1，K＝1，令K＝1时无人机的最小总能耗Ebest＝∞；
(2)构建待访问传感器集合并初始化局部最优路径集合：
通过传感器A和虚拟传感器B构建待访问传感器集合R＝{A,B}＝{R1,R2,...,Rn,...,RN}，并初始化局部最优路径集合其中N表示待访问传感器的总数，N＝I+K，Rn表示第n个待访问传感器，当n∈[1,I]时，Rn表示传感器，当n∈[I+1,I+K]时，Rn表示虚拟传感器；
(3)计算无人机的飞行能耗、悬停能耗和通信能耗：
(3a)计算待访问传感器集合R中每两个待访问传感器Ra与Rb之间的欧式距离并通过N×N个欧氏距离构建R对应的欧氏距离矩阵D，其中Ra,Rb∈R，当Ra＝Rb时，令D的表达式为：



(3b)通过欧氏距离矩阵D计算无人机在任意两个待访问传感器之间的飞行能耗同时计算无人机访问任意一个待访问传感器时的悬停能耗为通信能耗为









(4)初始化改进的蚁群算法的参数：
定义每两个待访问传感器Ra与Rb之间的信息素浓度为路径启发信息为初始化其中τ0表示任意两个待访问传感器之间信息素浓度的初始值，



其中，表示无人机在待访问传感器Ra与Rb之间的飞行能耗，表示无人机在待访问传感器Rb与RN之间的飞行能耗，和分别表示无人机在待访问传感器Rb上空的悬停能耗和飞行能耗，表示无人机在待访问传感器Rb上空悬停与通信的时间；
(5)构建本次迭代的可行解集合与非可行解集合：
(5a)令m＝1，初始化本次迭代的可行解集合非可行解集合
(5b)第m只蚂蚁Sm的待访问传感器集合N(m)＝R，已访问传感器集合V(m)是有序集合，从N(m)中随机选择一个待访问传感器Rn作为Sm要访问的第一个传感器，用Rstart标记，并将Rn从N(m)移动到V(m)中；
(5c)产生随机数q,q∈(0,1]，并判断q与路径选择系数q0是否满足q＞q0，若是，计算Sm从Rn到N(m)中任意一个待访问传感器Rw,Rw∈N(m)的转移概率并采用轮盘赌规则，根据转移概率在N(m)中选择下一个要访问的传感器Rp，否则，直接在N(m)中选择从Rn点出发，使得最大的一个待访问传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵林靖，霍小露，张岗山，马建鹏，李钊，刘勤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61