[发明专利]无人机物联网水下探测系统以及其均衡探测方法

权利要求书

1.一种无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，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数据，所述无人机飞越所述声纳浮标并与所述声纳浮标通信以接收所述水声数据，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、计算每个声纳浮标的吞吐量；

S2、基于全部所述声纳浮标的吞吐量计算系统吞吐量和公平度指数，并基于所述系统吞吐量计算所述系统效率；

S3、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；

S4、采用所述公平度系数效用函数平衡所述系统效率和所述公平度指数；

S5、基于平衡后的所述系统效率和所述公平度指数指导所述无人机的探测过程。

2.根据权利要求1所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

计算声纳浮标i的吞吐量其中C_i表示所述声纳浮标i的吞吐量，b_i表示分配给所述声纳浮标i的带宽，P表示每个声纳浮标的发送功率，g_i表示所述声纳浮标i的信道增益，N₀表示白噪声功率密度，1≤i≤M，M为正整数。

3.根据权利要求2所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

S21、基于全部所述声纳浮标的吞吐量之和计算所述系统吞吐量；

S22、基于全部所述声纳浮标的吞吐量计算所述公平度指数其中公平度指数J的取值范围是

S23、将所述系统吞吐量除以系统带宽以计算所述系统效率。

4.根据权利要求3所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：

S41、令且将其带入公式(9)，从而将所述公平度系数效用函数的最大化问题表述为：

(P2):

S42、根据(P2)得到当α＝0时，(P2)的目标函数变为所述公平度指数最小；当α＝+∞,(P2)将成为最大-最小求解问题：

其中求解(P2)的最大-最小求解问题可以得到最大公平度指数为1；

S43、通过调整公平度系数进而调整不同所述声纳浮标的带宽分配进而均衡所述公平度指数和所述系统效率。

5.根据权利要求4所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，其特征在于，在所述步骤S43中，增加所述公平度系数时，所述公平度指数增加，因此信道增益更高的声纳浮标分配的带宽会减少且所述系统效率降低；降低所述公平度系数时，所述公平度指数降低，因此信道增益更高的声纳浮标分配的带宽会增加且所述系统效率升高。

6.根据权利要求5所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：采用所述无人机多轮飞越所述声纳浮标的上空且在所述无人机的第k轮飞行中，将所述公平度指数α_k(k≥2)更新为其中α₁1，且是k的递减函数，并基于所述平衡后的所述系统效率控制所述无人机和各个所述声纳浮标通信之间的通信带宽。

7.一种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数据，所述无人机飞越所述声纳浮标并与所述声纳浮标通信以接收所述水声数据，其特征在于，进一步包括处理器和存储在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-6中任意一项所述的无人机物联网水下探测系统的均衡探测方法。