【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机通信领域，更具体地说，涉及一种地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法和采用所述地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法构建的无人机通信定位系统。
技术介绍
1、为了满足智能移动计算应用的需求，未来的无线网络不仅需要提供无处不在的高性能通信连接，还需要提供与全球导航卫星系统互补的高精度的定位服务。在4g/5g标准中，基站(base station，bs)既可以用作通信接入点，也可以用作定位锚点，以提供通信定位一体化(integrated localization and communication，ilac)服务，从而实现自动驾驶和社交网络等众多移动应用。在超密集的城市环境中，基站和地面用户之间的链路堵塞会导致通信速率和定位精度的显著下降。为了缓解地面网络的性能下降，由于灵活且低成本的特性，无人机(unmanned aerial vehicle uav)已被广泛应用于高空部署与用户建立视距链路。
2、已经有很多的工作研究了如何采用无人机来提升地面网络的通信性能。其中最有效的方法就是通过优化无人机的位置，来提高网络的通信速率以及降低设备的能耗。除了作为一个通信基站，无人机还可以作为一个空中的定位锚点，有效地提高定位锚点的空间多样性，从而提高用户的3d定位精度。而关于无人机协助定位的相关技术也有很多种，比如接受信号强度(received signal strength，rss)、信号到达时间(time of arrival，toa)和到达时间差(time difference of arrival，tdo
3、无人机部署的另一个重要考虑因素是硬件和管理成本。与使用单功能的无人机提供通信或定位服务相比，用一架无人机同时用于这两种目的可以有效地降低硬件成本、协作复杂性和部署延迟。而这种方法最大的难点在于达到通信和定位性能之间的平衡。
4、而且，目前大部分的研究工作都采用了纯视距链路模型和概率链路模型进行系统建模，然而这些理想情况下的、基于统计学的链路模型只适用于系统的平均性能分析，在现实的应用场景中，并不能根据实际的遮挡情况对链路进行分类，从而得到更加精准的链路情况，这削弱了系统的实用性。
5、因此，目前的无人机通信定位部署一般存在以下缺陷。1.将无人机作为一个单一功能的平台单独提供通信或定位服务，并且没有充分利用现有的地面设施，这就造成了更高的网络部署费用和更低的资源利用效率。2.采用较为简单的链路模型，难以克服日益复杂的信号传播环境，只适合对系统进行平均的性能分析，实用性过低。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法和系统，其能够在物理环境地图的协助下，通过对无人机飞行区域的划分以及无人机位置部署的优化，提高通信和定位性能。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，包括：
3、s1、基于地图给出的建筑物位置信息将无人机的飞行区域划分为障碍区域和非障碍区域；
4、s2、基于所述非障碍区域部署所述无人机。
5、优选地，所述步骤s1进一步包括：
6、s11、基于所述建筑物位置信息和用户位置信息获得第i个障碍区域的表达式(1)
7、
8、其中表示第i个障碍区域，表示第i个障碍区域的超平面集合，v＝[xv,yv,hv]表示所述无人机的位置，表示第i个障碍区域中第j个超平面的法向量，表示三维变量，常量bij表示超平面j对于原点的偏移量，原点坐标为[0,0,0]；
9、s12、基于所述表达式(1)获得对应的非障碍区域的表达式(2)
10、
11、其中表示无人机uav的总飞行区域，表示非障碍区域。
12、优选地，所述步骤s2进一步包括：
13、s2a、将所述无人机部署在所述非障碍区域中；或
14、s2b、基于定位精度约束、通信速率约束和所述非障碍区域部署所述无人机。
15、优选地，所述步骤s2b具体包括：
16、基于所述定位精度约束、所述通信速率约束和所述非障碍区域将所述无人机在所述非障碍区域中的位置转换为求解如下问题p1：
17、
18、
19、
20、
21、其中rkv表示用户k和无人机uav之间的上传速率；表示所有用户与无人机的总通信速率，表示用户k的给定通信速率阈值，uk表示第k个用户的位置坐标，v表示所述无人机的位置，∈k表示用户k的给定定位精度阈值；表达式(13b)和表达式(13c)分别表示各个用户的定位精度约束和通信速率约束；表达式(13d)表示无人机的非障碍区域约束。
22、优选地，所述步骤s2b进一步包括：
23、s2b1、通过近似还原所述定位精度约束将所述无人机的可行定位精度区域表示为：
24、
25、其中表示基于给定∈k用户k满足定位精度约束的3d区域；∈k表示用户k的给定定位精度阈值；
26、s2b2、基于所述通信速率约束将所述无人机的可行通信精度区域表示为：
27、
28、其中表示基于给定用户k满足通信速率约束的3d区域；表示用户k的给定通信速率阈值；
29、s2b3、引入一个二进制变量lij将所述非障碍区域约束表示为：
30、
31、
32、
33、
34、其中表示第i个障碍区域的超平面集合，v＝[xv,yv,hv]表示所述无人机的位置，表示第i个障碍区域中第j个超平面的法向量，表示三维变量，常量bij表示超平面j对于原点的偏移量，原点坐标为[0,0,0]；c是一个足够大的常数，是第i个障碍区域的超平面个数，表示无人机uav的总飞行区域；
35、当位置v位于超平面j的内部，设定对应的lij＝1，由此将二进制变量lij等价替换为
36、
37、
38、s2b4、将求解问题p1简化成求解问题p2：
39、
40、s.t.(27),(30),(31a)-(31c),(32),(33)；
41、s2b5，采用拉格朗日松弛求解问题p2以获得无人机部署位置并将所述无人机部署在所述无人机部署位置。
42、优选地，所述步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：
3.根据权利要求1或2所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：
4.根据权利要求3所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S2b具体包括：
5.根据权利要求4所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S2b进一步包括：
6.根据权利要求5所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S2b5进一步包括：
7.根据权利要求6所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，当在所述步骤S2b52中求解的所述无人机部署位置并未位于所述非障碍区域中时，寻找满足全部定位精度约束且具有最低高度限制的无人机位置，如果所述无人机位置满足非障碍区域约束式(13d)，将所述无人机位置作为预设部署位置，否则固定其水平坐标并增加高度坐标直到在其高
8.根据权利要求7所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：S2c、在无法求解所述无人机部署位置时，降低所述给定定位精度阈值∈k；
9.根据权利要求1所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述地图包括城市环境地图或无线电地图。
10.一种无人机通信定位系统，包括多个地面基站、多个用户和至少一个无人机，其特征在于，所述无人机基于权利要求1-9中任意一项所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法进行部署。
...【技术特征摘要】
1.一种地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤s1进一步包括：
3.根据权利要求1或2所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤s2进一步包括：
4.根据权利要求3所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤s2b具体包括：
5.根据权利要求4所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤s2b进一步包括：
6.根据权利要求5所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，所述步骤s2b5进一步包括：
7.根据权利要求6所述的地图辅助的无人机通信定位一体化部署方法，其特征在于，当在所述步骤s2b52中求解的所述无人机部署位置并未...
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