【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无人集群三维空间下通信中继选择方法与系统，属于无人机通信领域。
技术介绍
1、无人集群执行侦察任务的通信中继模型的设计通常采用预定的通信中继节点或固定的地面站来维持通信，确保无人机在执行任务时能够保持与地面站的通信，以便实时传输侦察数据。由无人机、地面站和预定的通信中继节点构成的侦查系统中存在一个明显的问题，即当无人机执行任务的地理区域较大时，由于地形、距离或其他环境因素的影响，预定的通信中继节点可能无法覆盖整个区域，导致通信中断。
2、现有技术通常缺乏智能机制来动态选择通信中继节点，从而无法适应任务执行过程中的实际需求变化。这使得在某些情况下，无人机可能因为与地面站通信中断而失去与其他无人机的联系，导致侦察信息的不完整。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种无人集群三维空间下通信中继选择方法与系统，以解决多无人机在执行侦察任务时可能因当前任务点与地面站距离过远而失去通信的问题，相较于仅在二维平面上规划，能够更充分地利用空间资源。
2、技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种无人集群三维空间下通信中继选择方法，包括如下步骤：
4、步骤1：根据三维空间中无人机i和基站的位置及通信半径，计算无人机和基站之间的距离，并分别确定无人机和基站的球形通信区域；其中无人机i与基站的距离di,0满足min{c0,ci}<di,0≤c0+ci，以能够通过中继无人机j实现两跳
5、步骤2：在过无人机i和基站位置的任一二维平面内，根据无人机及基站的通信半径确定中继无人机j的位置区域，并将二维平面下中继无人机j的位置区域绕无人机i和基站位置连线旋转，得到三维空间下的可行区域；
6、步骤3：在过中继无人机j、无人机i和基站位置的二维平面内，分别以无人机i和基站位置为起点，连接步骤2中获得的位置区域的两个顶点分别绘制两条射线，这四条射线与平面区域的边界相交，将整个平面区域进行分割，得到不同的中继调度区域；
7、步骤4：按照距离最短原则对不同调度区域内中继节点进行调度。
8、作为优选，所述步骤2中根据无人机及基站的通信半径确定中继无人机j的位置区域时，依据如下规则：
9、若c0≤ci，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤cj且d(lj,li)≤cj约束的区域；其中l0、li和lj分别为基站、无人机i和中继无人机j的位置，cj为中继无人机j的通信半径，d表示三维空间两个位置点之间的距离；
10、若c0≤ci，c0≤cj<ci，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤c0且d(lj,li)≤cj约束的区域；
11、若c0≤ci，cj≥ci，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤c0且d(lj,li)≤ci约束的区域；
12、若c0>ci，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤cj且d(lj,li)≤cj约束的区域；
13、若c0>ci，ci≤cj<c0，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤cj且d(lj,li)≤ci约束的区域；
14、若c0>ci，cj≥c0，则中继节点的位置区域为满足d(lj,l0)≤c0且d(lj,li)≤ci约束的区域。
15、作为优选，所述步骤3中划分得到三类调度区域：类型①、类型②、类型③；类型①为在可行区域的两端，分别以可行区域的两个交点为顶点，以两条射线为边所形成两个角的外部区域；类型②为在可行区域的两侧，分别以区域边界的一条弧和两条射线所形成的两个半封闭区域；类型③为由步骤2构造出的可行区域。
16、作为优选，所述步骤4中，对于类型①调度区域的调度策略为：将无人机j调度至最近的交点。
17、作为优选，所述步骤4中，对于类型②调度区域的调度策略为：若无人机j位置与基站位置连线与可行区域边界的弧具有两个交点，将其调度至距离最近的交点处；若无人机j位置与无人机i位置连线与可行区域边界的弧具有两个交点，将其调度至距离最近的交点处。
18、作为优选，所述步骤4中，对于类型③调度区域的调度策略为：无人机j在可行区域内，无需调度。
19、基于相同的专利技术构思，本专利技术提供一种无人集群三维空间下通信中继选择系统，包括：
20、距离与约束确定模块，用于根据三维空间中无人机i和基站的位置及通信半径，计算无人机和基站之间的距离，并分别确定无人机和基站的球形通信区域；
21、中继位置区域确定模块，用于在过无人机i和基站位置的任一二维平面内，根据无人机及基站的通信半径确定中继无人机j的位置区域，并将二维平面下中继无人机j的位置区域绕无人机i和基站位置连线旋转，得到三维空间下的可行区域；
22、中继调度区域划分模块，用于在过中继无人机j、无人机i和基站位置的二维平面内，分别以无人机i和基站位置为起点，连接中继位置区域确定模块中获得的位置区域的两个顶点分别绘制两条射线，这四条射线与平面区域的边界相交，将整个平面区域进行分割，得到不同的中继调度区域；
23、以及，中继调度模块，用于按照距离最短原则对不同调度区域内中继节点进行调度。
24、基于相同的专利技术构思，本专利技术提供一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法的步骤。
25、基于相同的专利技术构思，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法的步骤。
26、有益效果：本专利技术通过设计三维空间的通信中继选择方法，能够有效避免了在二维平面上规划通信中继节点时无法充分利用空间资源，从而引发通信中继节点之间覆盖范围存在盲区的问题。本专利技术通过构建多无人机通信保持模型，能够根据任务需求建立通信中继，并对无人机通信中继进行多策略调度，从而确保侦察任务执行的完整性。本专利技术创新性的方法为无人集群在三维空间下的通信保障提供了可行且高效的解决方案。
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1.一种无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤2中根据无人机及基站的通信半径确定中继无人机j的位置区域时，依据如下规则：
3.根据权利要求1所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤3中划分得到三类调度区域：类型①、类型②、类型③；类型①为在可行区域的两端，分别以可行区域的两个交点为顶点，以两条射线为边所形成两个角的外部区域；类型②为在可行区域的两侧，分别以区域边界的一条弧和两条射线所形成的两个半封闭区域；类型③为由步骤2构造出的可行区域。
4.根据权利要求3所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤4中，对于类型①调度区域的调度策略为：将无人机j调度至最近的交点。
5.根据权利要求3所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤4中，对于类型②调度区域的调度策略为：若无人机j位置与基站位置连线与可行区域边界的弧具有两个交点，将其调度至距离最近的交点处；若无人机j位置与无人
6.根据权利要求3所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤4中，对于类型③调度区域的调度策略为：无人机j在可行区域内，无需调度。
7.一种无人集群三维空间下通信中继选择系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述中继位置区域确定模块中，依据如下规则确定中继无人机j的位置区域：
9.一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-6任一项所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤2中根据无人机及基站的通信半径确定中继无人机j的位置区域时，依据如下规则：
3.根据权利要求1所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤3中划分得到三类调度区域：类型①、类型②、类型③；类型①为在可行区域的两端，分别以可行区域的两个交点为顶点，以两条射线为边所形成两个角的外部区域；类型②为在可行区域的两侧，分别以区域边界的一条弧和两条射线所形成的两个半封闭区域；类型③为由步骤2构造出的可行区域。
4.根据权利要求3所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤4中，对于类型①调度区域的调度策略为：将无人机j调度至最近的交点。
5.根据权利要求3所述的无人集群三维空间下通信中继选择方法，其特征在于，所述步骤4中，对于类型②调度区域的调度策略为：若无人机j位置与基站位置连线与可行区域边界的弧具有两个...
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