[发明专利]一种用于通信中继的无人机拓扑双向生成方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种用于通信中继的无人机拓扑双向生成方法。

背景技术

多无人机进行通信中继，是当前无人机群重要的应用场景之一。通信中继是为了解决在两点之间，由于遮挡距离的存在，导致双方无法直接进行通信的问题。如果采用无人机在空中进行转接就可以实现跨视距的两点进行通信。但是这些中继点究竟如何选取呢？尤其是在存在多个无人机，需要多个无人机相互配合，形成一个无人机构成的中继拓扑，由一组无人机来进行通信中继的时候如何控制协调这些无人机，如何让它们协作配合构成快速准确的通信中继链路。是利用无人机群实现通信中继亟待解决的问题。

通信中继的位置以及转接点的选取一直是无线中继的重要问题之一。在常规的基站或者是电台通信中继中，为了选取合适的通信点，一般采用理论计算、纯实际测量以及理论计算与实际测量相结合等多种方法。在纯理论计算中，设计者通过地图之间的相对距离以及收发电台的相对高度、电台的发射功率、天线增益等，并通过已知的损耗公式可以算出在特定区域距离上信号的大致损耗，在信号损耗可能会导致无法正确接收数据的点位上设置转发点。纯实际测量则是路测人员利用信号检测工具沿通信中继的路线朝远离信号发射源的方向运动，在信号降低到特定门限后，选取该点为信号转发点。而理论与实际相结合的方法则是先大致估算出理论的衰减距离，然后在通过理论计算选取的点周围用信号测量仪测量信号，然后选择合适的门限确定转发点。在无人机通信中继中，现有一些专利也有一些方法是采用理论计算，计算任意两点之间的理论路径损耗。并在理论路径损耗的合适点选取中继，以保证数据的中继收发。例如清华大学戴琼海等申请的发明专利《任务、通信和拓扑交织的无人机集群协同控制方法》(专利申请号：CN201310170260.9)，提出一种任务、通信和拓扑交织的无人机集群协同控制方法，包括以下步骤：建立无人机的任务、通信和拓扑的关联函数；建立无人机的交互通信数目策略集、任务信息矩阵策略集和交互通信无人机之间的相对距离策略集，并确定赢得矩阵及相关约束；获取交互通信数目策略集、任务信息矩阵策略集和交互通信无人机之间的相对距离策略集中满足预设需求的无人机交互通信数目、任务信息传输量和无人机之间的相对距离；以及根据满足预设需求的无人机交互通信数目、任务信息传输量和无人机之间的相对距离对无人机集群进行控制。该专利申请是通过理论计算来构建无人机之间的通信能力；合肥工业大学罗贺等申请的专利《基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的获取方法及系统》(专利申请号CN201610384144.0)，提供了一种基于最小树形图的无人机编队通信拓扑的获取方法及系统，该方法包括：根据预设编队的队形构建编队通信图；计算所述编队通信图的最小树形图；判断所述最小树形图的根节点所属的无人机能否作为编队领航者，根据判断结果，获取最优通信拓扑。该方法根据预设编队的队形构建编队通信图，并通过计算编队通信图的最小树形图，再判断所述最小树形图的根节点所属的无人机能否作为编队领航者，根据判断结果，获取最优通信拓扑，保证了编队保持过程中整体的通信代价最小，该方法是基于编队来生成树形图。编队是已知的，并非为通信中继专门设计拓扑；符小卫等的学术论文《无人机协同中继过程中的路径规划与通信优化》(系统工程与电子技术)侧重理论研究，根据节点的理论通信距离布点；李妍文等的学术论文《基于google earth的无人机中继布局优化软件》(现代电子技术)也是对无人机中继进行理论建模，推导出无人机在一定高度下的覆盖区域，从而设计静态优化配置转发点。

上述均属于采用理论模型布点，所布设的无人机实际通信效果难以确定，多无人机如何相互配合实现中继也缺乏具体的方法。传统无线中继时，如果按照理论模型布点，如果布点效果不够理想，可以再对布点位置加以调整，由于中继点都在地面，调整可能并不麻烦。而在空中无人中继时，尤其是在多点中继条件下，一个点位的调整可能会影响全网络的中继拓扑。例如，离源点最近的某中继点，按照理论值布点后，由于周围存在部分环境干扰，通信效果较差，此时需要将该中继点朝更靠近源点的位置移动，而该点移动后，该点与下一个中继点的距离又会拉长，从而导致第二跳中继恶化，而调整第二跳的位置又会影响第二跳和第三跳之间的距离等等。从而导致无人机中继链路尾部来回振荡。无人机本来留空时间就有限，这样的振荡很可能导致整个中继拓扑无法正常工作。