[发明专利]一种基于分簇算法的智能监测无人机控制系统

说明书

本发明公开了一种基于分簇算法的智能监测无人机控制系统，包括若干飞行状态的无人机和一个地面控制台；每个无人机上均安装有控制模块，各个无人机形成各个无人机节点，各控制模块之间相互通讯连接；这种网络布局方式提供了一种动态的基于不同距离不同位置的即时分簇方法，为无人机网络的大规模采集、建立协同自治模型的研究提供了一个专业的、共享的、高性能的组网方式。

技术领域

本发明属于无人机监测领域，尤其涉及一种基于分簇算法的智能监测无人机控制系统。

背景技术

目前传统的分簇算法大多是根据设定的概率选择簇头，并且簇头实行周期轮换，形成相同大小的簇或者使用固定簇半径的分簇协议，协议通过两次参数选择簇头，并实行多跳通信的机制。这两种分簇协议都会造成基站附近的节点能量消耗多余其他节点，即WSN网络中的“热点”问题。在无人机技术中热点问题成为无人机监测网络续航能力的一大阻碍。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种节约网络能耗、快速响应、大范围监测的一种基于分簇算法的智能监测无人机控制系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于分簇算法的智能监测无人机控制系统，包括若干飞行状态的无人机和一个地面控制台；每个无人机上均安装有控制模块，各个无人机形成各个无人机节点，各控制模块之间相互通讯连接。

进一步的，在每个控制模块内设置一个变量H，H表示本无人机与地面控制台的距离；在系统初始化时每个无人机先检测自身与地面控制台的距离，并以此为决定分簇的基础；

首先H值较小的节点优先成为预备簇头，然后每个预备簇头在本身通信范围内进行侦听，若没有收到其他通信范围内预备簇头的广播信息，则发送宣布自己成为簇头的广播，同时对自己进行簇的编号，并接收其他无人机作为簇的成员；

设置门限值switch_H，无人机的运动距离表示为ΔH；ΔH的值大于门限值switch_H 时，算法启动对于此节点的重新分簇，让其加入新的簇中，或者直接成为簇头；

在无人机移动后，相对位置发生改变，原本的分簇将不适用与网络中的无人机节点分布，此时进行无人机的重新分簇。

进一步的，所述无人机节点包括监测无人机节点和路由无人机节点；A监测无人机节点，B为处于无人机监测范围内的目标，C路由无人机节点；每个监测无人机节点拥有固定的监测范围半径Rc和通信半径Rd；路由无人机节点只拥有固定的通信半径Rd；监测无人机节点A发现目标B后，将信息传送至通信范围内的路由无人机节点C；无人机节点在同一时间内只能加入一个簇中，在工作周期中可以随时脱离当前簇加入其他的簇中；每一个无人机节点都有自身的目标捕捉区域，可相互重叠，互不影响；

控制模块硬件结构由供电模块，与无人机的交互模块，射频识别模块，处理模块以及存储模块构成；其中射频识别模块负责控制模块之间的相互通信，用于构成网络；无人机的交互模块则负责与所搭载的无人机之间的信息交互，向无人机发送位置信息；

进一步的，每个无人机节点的工作周期可分为三部分，t1表示决定簇头阶段，t2表示加入分簇的判决阶段，t3表示分簇完成后的正常工作阶段；三个阶段合起来为一个工作周期；

无人机在t1阶段通过H值来判定自身是否成为预备簇头节点，若是则在本身通信范围内进行侦听，若没有收到其他通信范围内预备簇头的广播信息，则发送宣布自己成为簇头的广播；否则直接进入t2阶段，此阶段对无人机本工作循环加入某个分簇进行判决，在t3阶段根据阶段2的输出来选择工作的簇；

首先在系统初始化之后，通过地面控制台向区域中的所有节点广播一条信息，中心节点以足够大的功率发送，以保证覆盖到网络中的所有无人机，根据RSSI计算公式，网络中的无人机以此确定与地面控制台的距离H；这里设定当无人机节点的H值小于节点通信半径Rd时，此无人机将成为预备簇头节点；