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专利号: 2020113539612
申请人: 江苏科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-03-02
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无人机连通修复方法,其特征在于,包括无人机组A和无人机组B,所述无人机组中包含m个任务无人机和n个备用无人机(n<m),其中各个无人机组中都包括任务无人机和备用无人机;所述无人机连通修复方法包括以下步骤:步骤一:根据已有的位置信息确定无人机组A和B的位置,已知A和B的位置坐标分别为A(xA,yA,zA)和B(xB,yB,zB),A、B无人机组的覆盖半径为RA和RB,并且A和B无人机组集合中心与A和B覆盖区域的交点分别为(xq1,yq1,zq1)和(xq2,yq2,zq2);所有无人机位置都已知;

步骤二:通过已有的位置信息计算需要部署的备用无人机数量和无人机通信距离,计算方法为:

其中,dc为部署的无人机间通信距离,先将其设为一个未知量,0<dc≤R,R为最大的无人机通信半径;令 为A和B之间的距离;

步骤三:计算备用无人机应该部署的位置,P1,P2,…PN表示备用无人机应该部署的坐标点,计算方法为:

P1=(xq1+dABsinα,yq1+dABcosαsinβ,zq1+dABcosαcosβ)        (2)P2=(xq1+2dABsinα,yq1+2dABcosαsinβ,zq1+2dABcosαcosβ)      (3)…

PN=(xq1+NdABsinα,yq1+NdABcosαsinβ,zq1+NdABcosαcosβ)    (4)其中

步骤四:选择需要部署的备用无人机;

步骤五:依次移动被选中的备用无人机,依次移动到确定的部署坐标,移动的距离分别为dmP1,dmP2,…,dmPN;

步骤六:计算无人机连通修复的总能耗,无人机连通修复的总能耗分为无人机移动损耗的能量和无人机通信损耗的能量,将无人机的能量分为飞行功率Pf、悬停功率Ph和通信功率Pc;

首先,无人机移动损耗的能量Emove计算方法为:其中T为单位时间, 表示需要移动的备用无人机的移动距离的总和;

其次,无人机通信损耗的能量Ecom,由香农公式可知任意两个相邻节点间链路的信道容量可表示为Ci,i+1=Wlog(1+SNRi,i+1), 其中的W为无人机链路带宽,β0为距2

离为1m时的信号功率,σ为高斯白噪声功率,由此得出无人机通信功率与通信距离的关系为:

最后,无人机联通修复的总能耗Etotal包括无人机移动损耗的能量、无人机悬停于空中的能量以及无人机通信损耗的能量,可表示为:Etotal=Emove+Eh+Ecom      (7)其中的Eh为悬停时损耗的能量,可以表示为:Eh=PhTh           (8)通过结合(5)‑(8)可以计算出单位时间内的总能耗为:步骤七:结合步骤二、步骤三和步骤四,在式(9)中代入(1),通过让Etotal对dc求导得到联合 共同推断出所求得的dc为最小值;

步骤八:将步骤七计算所得dc代入步骤二,计算所需要的部署的备用无人机的数量N,依次往下进行,得到最小的总能耗值。

2.如权利要求1所述的一种无人机连通修复方法,其特征在于,所述无人机连通修复方法适用于超出连通范围,部分无人机失去连通的情况。

3.如权利要求1所述的一种无人机连通修复方法,其特征在于,所述无人机分为任务无人机和备用无人机,所述任务无人机执行系统任务,利用备用无人机进行连通路径构建,不影响无人机系统之间原本的通信。

4.如权利要求1所述的一种无人机连通修复方法,其特征在于,步骤四中,所述备用无人机的选择过程中需要从A、B两个无人机组中分别选择,选择方法如下:Step1、由(1)式计算所得N,判断N是否为整数,若为整数则跳至Step3,若不为整数则跳至Step2;

Step2、若N不为整数则向上取整,然后进行Step3;

Step3、判断N是否为偶数,若为偶数则A、B各取 个备用无人机,若为奇数,则A取B取

Step4、以选定的部署坐标为起点,以A、B内备用无人机为终点,通过几何距离计算,依次选出最近的备用无人机。

5.如权利要求1所述的一种无人机连通修复方法,其特征在于,所述距离为通过综合考虑任意相邻备用无人机间通信距离、所部署备用无人机数量以及备用无人机所需要移动的距离,最终以Etotal为指标计算出最优的通信距离。