【技术实现步骤摘要】
无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法
[0001]本专利技术涉及物联网领域，更具体地说，涉及一种无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法。
技术介绍
[0002]为了探测水下物体，可以在感兴趣的海域部署声纳浮标。无人机是一种灵活、可控、低成本的飞行平台。通过将无人机与物联网声纳浮标耦合，我们可以在恶劣的海洋环境下构建理想的数据采集平台。
[0003]然而目前的无人机物联网水下探测系统，一般直接从声纳浮标收集所有原始水声数据，然后将其传输到地面计算中心进行处理，这显然是不合理的。首先，有限的系统带宽在所有声纳浮标之间共享是不合理的，因为对于无人机来说，从那些更重要的声纳浮标(更接近水下目标)收集数据更为实际，并且应该为这些节点分配更多带宽。其次，任务是有时间限制的，无人机无法一个接一个地飞越所有声纳浮标进行数据采集。事实上，声纳浮标之间的数据质量差异很大，因为对于相同的数据量，更靠近水下目标的声纳浮标可以提供更有效的信息。因此，在时间和资源的限制下，从最重要的声纳浮标(距离目标最近)收集更多...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法，所述无人机物联网水下探测系统包括多个声纳浮标和至少一个无人机；每个所述声纳浮标中设置一个传感器以用于收集水下目标发出的水声信号数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、为每一个声纳浮标定义浮标权重并为所述无人机物联网水下探测系统定义公平度系数；S2、基于所述浮标权重和所述公平度系数优化所述无人机的飞行轨迹和所述带宽分配；S3、控制所述无人机按照所述飞行轨迹飞越所述声纳浮标和控制所述无人机与所述声纳浮标基于所述带宽分配进行通信以接收所述水声信号数据；S4、在所述无人机的每一轮飞越之后更新所述浮标权重和所述公平度系数并基于更新后的所述浮标权重和所述公平度系数重复执行所述步骤S3直至完成所述水声信号数据的收集。2.根据权利要求1所述的无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：S11、将每个周期T离散为N个等距的时隙δ，每个时隙的周期为δ，并且T＝Nδ,采用N个直线序列来拟合所述无人机的所述飞行轨迹，其中q(n)表示无人机在第n个时隙的水平位置；1≤n≤N，N为正整数；S12、将带宽分配策略定义为其中b
i,n
为在第n个时隙中分配给声纳浮标i的带宽，1≤i≤M，M为正整数；S13、为所述声纳浮标定义权重W＝{w
i
}，其中w
i
表示声纳浮标i的权重，且w
i
＝d
i
/D，其中d
i
表示声纳浮标i历史上提供的有效数据总量，D表示所述无人机从所有声纳浮标收集的历史有效数据量；S14、定义公平度系数效用函数，对于任何x≥0，公平度系数效用函数U
α
(x)定义为：其中，α表示公平度系数。3.根据权利要求2所述的无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：S21、在所述无人机的第k轮飞越中，基于所述浮标权重W＝{w
i
}和所述公平度系数α将所述声纳浮标的所述带宽分配策略表示为如下问题：(P3):(P3):其中，α
k
表示第k轮飞越中的所述公平度系数，P表示每个声纳浮标的发送功率，g
i,n
表示在第n个时隙中分配给所述声纳浮标i的信道增益，N0表示白噪声功率密度，B表示系统带宽，k的取值为大于等于0的整数；S22、由于(P3)为凸问题，因此在所述无人机的下轮飞越中加强权重较大的声纳浮标的权重以为其分配更多的带宽。
4.根据权利要求3所述的无人机物联网水下探测系统的飞行轨迹和带宽分配优化方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：S2a、在所述无人机的第k轮飞越中，基于所述浮标权重和所述公平度系数将所述无人机的飞行轨迹表示为如下问题：表示为如下问题：s.t.C3：q(0)＝q0，q(N)＝q0，C4：||q(n)
‑
q(n
‑
1)||≤v
max
δ，1≤n≤NC5：||q(n)
‑
q(n
‑
1)||≥v
min
δ 1≤n≤N；其中S
i
表示所述声纳浮标i的坐标，q(n)＝[U
x
(n)，U
y
(n)]表示无人机在第n个时隙的水平位置，q(0)和q(N)分别为无人机的起点和终点...
【专利技术属性】
技术研发人员：林晓辉，付子良，毕宿志，承楠，代明军，苏恭超，王晖，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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