一种无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116009577A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211549697.9(22)申请日2022.12.05(71)申请人广东工业大学地址510090广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人张广驰李茜雯崔苗(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师郑堪泳(51)Int.Cl.G05D1/10(2006.01)权利要求书7页说明书16页附图3页(54)发明名称一种无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法及系统(57)摘要本发明涉及无人机调度技术领域，公开了一种无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法及系统，包括以下步骤：S1.构建无人机群辅助数据采集系统模型；S2.构建无人机群辅助数据采集系统的终端调度的优化问题；S3.计算无人机群飞行和悬停的时间成本和能耗成本；S4.通过TSPE，考虑无人机群飞行和悬停的能耗，并更新优化问题；S5.构建每个终端的影响因子；根据终端的影响因子，通过随机优选算法计算每个终端于每个无人机的优先级；S6.进一步更新优化问题；S7.通过迭代优化无人机群，求解进一步更新的优化问题。本发明解决无人机群辅助数据采集系统的调度技术的无人机之间互相干扰的问题，且具有计算简单，符合实际的特点。CN116009577ACN116009577A权利要求书1/7页1.一种无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建无人机群辅助数据采集系统模型；S2.设无人机群辅助数据采集系统模型的无人机群与其服务的每个终端之间的信道遵循视距衰落模型，构建无人机群辅助数据采集系统的终端调度的优化问题；S3.采用飞行—悬停通信协议，把无人机群的任务分解为飞行和悬停两个阶段，计算无人机群飞行和悬停的时间成本和能耗成本；S4.通过旅行商问题，即TSPE，考虑无人机群飞行和悬停的能耗，并更新优化问题；S5.结合K‑means聚类、特征选取和随机优化思想，构建每个终端的影响因子；根据终端的影响因子，通过随机优选算法计算每个终端于每个无人机的优先级；S6.对无人机群的功率、速度和轨迹进行优化，进一步更新优化问题；S7.通过迭代优化无人机群，求解进一步更新的优化问题，得到无人机群辅助数据采集系统的终端调度方案。2.根据权利要求1所述的无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法，其特征在于：所述的步骤S1中，构建无人机群辅助数据采集系统模型，具体为:设U为无人机数量，K为请求服务的终端数量；终端i的坐标为待采集的数据量为Di；无人机从充电桩出发，在数据采集过程中以恒定高度H在终端上方飞行；终端上数据的生命期max为T；设无人机u一共从充电桩出发了Nu次，以变量表示第n趟飞行任务T无人机的总耗时，以变量qu,n(t)＝[lu,n(t),H],0≤t≤Tu(n)表示无人机u在第n趟飞行任务中的位置，其中表示无人机u投影在水平面的二维坐标。3.根据权利要求2所述的无人机群辅助数据采集系统的终端调度方法，其特征在于：所述的步骤S2中，构建无人机群辅助数据采集系统的终端调度的优化问题，具体步骤为：S201.无人机u在第n趟飞行过程中是否为终端i服务的二进制变量为其中，表示无人机u在第n趟飞行任务时间内可完成终端i数据采集的任务，将无人机u在第n趟飞行的t时刻与终端i的传输速率表示为：其中，B表示通信带宽，表示无人机与终端i的传输功率，ρ0表示1m距离处的参考通道功率增益，σ2表示通道噪声的功率；S202.将无人机u从终端i采集的数据量表示为：其中，表示无人机u在第n趟服务终端i需要的时间；S203.将无人机u第n趟飞行任务中因通信产生的能耗表示为：2CN116009577A权利要求书2/7页S204.将无人机的能量消耗功率表达为：其中，P0和Pi分别表示叶片悬停状态下的轮廓功率和诱导功率；S205.定义无人机u在t时刻的飞行速度为将每趟飞行任务的飞行总能量消耗表示为：其中，表示无人机u第n趟飞行的总时间；S206.令变量表示终端的调度情况，变量表示无人机u在第n趟飞行的t时刻的位置，变量表示无人机u与终端通信的传输功率，变量表示无人机u第n趟任务耗时，变量表示Tmax期间飞行任务次数；将无人机群辅助数据采集系统的终端调度的优化问题表示为：P1:其中，式(6b)表示每台无人机飞行服务总时长不超过数据的生命期Tmax，式(6c)表示无人机u在第n趟飞行中为终端i服务的时长不超过该趟飞行总时长，式(6d)表示每台无人机每趟飞行的能耗不超过其机载电池容量Fmax，式(6e)表示每台无人机每次出发地点和返程终点是充电桩，式(6f)表示每个终端最多被一台无人机服务一次，式(6g)表示终端调度变量的二进制约束，式(6h)表示无人机和