【技术实现步骤摘要】
基于通信盲点的无人飞行基站自动巡航方法、设备
[0001]本专利技术属于无线通信技术、移动通信、卫星通信、无人机通信等相关领域领域，尤其涉及基于通信盲点的无人飞行基站自动巡航方法、设备。
技术介绍
[0002]当前的无人机通信在移动通信领域的使用，更多的只是一个对受损基站后的无人机中继通信，且只能提供有限的低质量的通信需求。对于超大城市中的用户的“热岛效应”，以及每天的通信“潮汐效应”，导致移动基站产生大量的信号半盲区甚至通信盲区，现有的定向基站的扩容既造成某种程度的设备和能源的浪费，又无法根据实际的通信流量变化做到及时动态的盲点克服。
[0003]当前无人机的技术已经较为成熟，而将无人机与移动基站结合尚属薄弱点，无人飞行基站是包含了无人飞行器、移动基站、全球定位系统等装置的复杂设备，可以根据不同的应用需求搭载不同的装置。通常来说，无人飞行基站具有良好的高空飞行能力和飞行控制能力，既可以在高空中实现悬停飞行，也可以精确控制自身的速度、加速度、高度等飞行动作，沿着预定轨迹完成巡航飞行。无人飞行基站搭载移动基站设备后能够...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于通信盲点的无人飞行基站自动巡航设备，其特征在于，包括：决策中心、N架无人飞行基站、M个地面遥测装置、低轨卫星，以及用于接收低轨卫星信号的卫星接收装置；其中，决策中心通过光纤网络分别与卫星接收装置、地面遥测装置建立通信连接，使用低轨卫星、地面遥测装置组成的系统通信链路与无人飞行基站进行通信，完成消息收发、策略推送任务；无人飞行基站通过空中无线信道分别与低轨卫星、地面遥测装置建立通信连接，每一架无人飞行基站通过组成的飞行中继链、地面遥测装置，或者低轨卫星与决策中心进行消息交互，执行决策中心的飞行策略，并将异常情况反馈给决策中心。2.根据权利要求1所述的一种基于通信盲点的无人飞行基站自动巡航设备，其特征在于，所述决策中心包括：地图创建单元，用于获取热点区域的三维地图，完成三维地图栅格化任务；飞行策略制定单元，用于按照全局规划飞行目标点、全局规划飞行访问顺序、全局规划飞行路径、全局规划飞行轨迹步骤，指定无人飞行基站的飞行策略；消息处理单元，用于建立异常消息监听线程，对无人飞行基站发来的消息进行监听，根据不同的消息请求执行不同的任务。3.一种权利要求1
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2任一所述的无人飞行基站自动巡航设备的自动巡航方法，其特征在于，决策中心被配置以执行以下步骤：步骤S1、获取热点区域的三维地图，并进行三维地图栅格化操作；步骤S2、实时获取热点区域的地面移动基站三维位置信息、负载情况信息，在负载高于一定阈值的地面移动基站附近设置飞行目标点；步骤S3、根据选定的飞行目标点全局规划飞行访问顺序，然后根据飞行访问顺序在三维栅格地图中规划飞行路径；步骤S4、制定飞行策略：在飞行路径基础上对飞行轨迹进行柔化，规划好具体的飞行轨迹、飞行速度；步骤S5、建立消息监听线程，对无人飞行基站发来的消息进行监听，根据不同的消息请求执行不同的任务；无人飞行基站被配置以执行以下步骤：步骤S6、在放飞点进行初始化，对GPS、雷达避障、基站装置以及无人飞行器进行通电自检，向决策中心发送消息请求飞行区域的三维栅格地图和飞行策略；步骤S7、按次序间隔起飞，执行飞行策略；当出现异常情况时具体执行动作如下：(1)如果在飞行途中使用雷达避障装置探测到前方飞行轨迹上存在障碍物，则尝试向决策中心汇报障碍消息，并执行避障后再回到飞行轨迹；(2)如果在飞行途中发生异常状态，则在飞行轨迹外悬停，尝试向决策中心汇报异常状态消息，并请求返航飞行轨迹，决策中心根据定位信息为该无人飞行基站规划返航轨迹；(3)如果在飞行途中飞行器发生坠落，则尝试通过地面遥测站或者低轨卫星向决策中心汇报设备信息和定位信息。4.根据权利要求3所述的自动巡航方法，其特征在于，步骤S1中进行三维地图栅格化操作具体为：
步骤S101、选择覆盖城市热点区域高负载基站以及无人飞行基站的放飞点进行三维地图构建并栅格化，栅格边长大于无人飞行基站长度的2倍；步骤S102、如果热点区域中高负载基站比较分散，则使用聚类算法将三维地图分区块；步骤S103、遍历栅格，将含有障碍物的栅格标记为不可经过。5.根据权利要求3所述的自动巡航方法，其特征在于，步骤S2中，设置飞行目标点具体步骤如下：步骤S201、获取地面移动基站的三维坐标信息和负载情况；步骤S202、对于负载值大于阈值的地面移动基站，将其标记为过载基站；步骤S203、在过载基站同高度的平面上设置一个飞行目标点，所述飞行目标点与过载基站距离小于一定阈值，具体为：(1)计算过载基站所在栅格，以过载基站所在栅格为矩形顶点，在四个象限分别扩展为一个矩形，直到矩形遇到障碍栅格不再扩展；(2)在四个矩形中分别取矩形对角线中心的栅格为中心栅格，如果对角线中心在栅格边缘，则在最靠近中心的四个栅格中取距离过载基站最近的栅格为中心栅格；如果中心栅格与过载基站距离小于阈值，则将中心栅格标记为该过载基站的待选飞行目标；如果中心栅格与过载基站距离大于阈值，则在阈值范围内选择最接近中心栅格的栅格作为该过载基站的待选飞行目标点；(3)在该过载基站扩展的四个矩形中循环执行步骤(2)，直到选出该过载基站的四个待选飞行目标点；(4)在四个待选飞行目标点中，选择距离放飞点最近的栅格作为该过载基站的飞行目标点；步骤S204、遍历所有过载基站，重复执行步骤S203，直到规划出所有飞行目标点。6.根据权利要求3所述的自动巡航方法，其特征在于，步骤S3具体如下：步骤301、获取所有飞行目标点和无人飞行基站放飞点三维坐标{x,y,z}，将放飞点和飞行目标点统称为航路点，计算任意两航路点i和j之间的欧氏距离d
ij
，形成欧式距离矩阵D；步骤S302、根据欧式距离矩阵迭代规划飞行目标点的访问顺序；具体如下：步骤(1)、对于任意两航路点i和j，初始化欧氏距离d
ij
，计算启发因子τ
ij
＝1/d
ij
，并初始化信息因子η
ij
为1；步骤(2)、根据信息因子和启发因子计算任意两点i和j的转移概率p
ij
，构建转移概率矩阵P，计算公式为：其中，α和β为可调参数，用于调节启发因子τ
ij
和信息因子η
ij
影响程度，allowed表示从航路点i能够到达的航路点集；步骤(3)、构造M个虚拟无人机实例，从放飞点出发，根据转移概率矩阵P，对每个虚拟无
人机实例使用轮盘赌法确定下一个访问点；步骤(4)、重复步骤(3)，直到所有虚拟无人机实例访问完所有飞行目标点并回到放飞点；步骤(5)、统计所有虚拟无人机实例的访问顺序和访问距离L，根据访问距离更新信息因子，对于任意两航路点i和j，信息因子η
ij
的更新公式为：其中，ρ∈(0，1)表示信息因子随迭代次数而衰减的因子，表示虚拟无人机实例k留下的信息因子，计算公式为：其中，Q参数表示信息强度值，L
k
表示虚拟无人机实例k从放飞点开始到降落的全程路径；步骤(6)、重复步骤(2)到步骤(5)，直到找到最短访问距离以及对应访问顺序；步骤S303、根据飞行目标点的访问顺序分段规划三维飞行路径，具体为：步骤D3.1、对热点区域内三维栅格进行编号；步骤D3.2、按访问顺序，规划第一段飞行路径的起点为无人飞行基站放飞点，终点为第一个飞行目标点；步骤D3.3、计算起点和终点所在栅格中心位置，分别设为{x
s
,y
s
,z
s
}和{x
e
,y
e
,z
e
}，设置起点栅格起始代价值为0；步骤D3.4、将起始节点放入open list中；步骤D3.5、计算open list中每个节点的起始代价值与终末代价值之和，并搜索open list中代价值和最小的节点，设置为当前节点，放入closedlist中；其中，节点的起始代价值为起点走到当前节点的路径代价，从节点i走到节点i+1的起始代价值cost
i+1
的计算方式为：cost
i+1
＝cost
i
+move
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴海龙，阳柳，黄健，章立群，林晓勇，洪晖杰，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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