[发明专利]基于多UAV的传感器网络无线充电方法

权利要求书

1.基于多UAV的传感器网络无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用拍卖算法对无人机为传感器节点进行无线充电的任务进行分配；

S2、在任务分配的同时，对无人机的飞行路径进行规划，使无人机执行任务时跨越固定障碍物，并避让其他无人机以及移动障碍物；

S3、无人机根据任务分配和路径规划的结果，执行飞行任务，为传感器网络节点进行充电；

无人机为传感器节点进行无线充电的任务分配，表示如下：

其中，I和J分别表示无人机UAV和传感器节点的集合；u_ij是第i个无人机UAVi为第j个传感器节点充电所带来的收益；p_i表示第i个无人机UAVi的飞行路径集合；staytime_i表示第i个无人机UAVi在每个任务阶段中，为了避让其他无人机UAV以及移动障碍物而在基站或节点上空额外停留的时间集合；crosstime_i表示第i个无人机UAVi在飞行阶段中跨越固定障碍物所需要的垂直上升或垂直下降时间汇总的集合；

公式(3a)表示了所有无人机的总收益最大化的情况下的任务分配和路径规划策略；

公式(3b)表示x_ij的取值只能是0或1，x_ij默认为0，当x_ij＝1时说明第j个传感器节点任务的中标者是UAVi；

公式(3c)表示一个传感器节点只能由一个无人机进行充电；

公式(3d)表示无人机单趟飞行执行任务所消耗的资源∑c不能超过无人机所拥有的总资源C，总资源C为续航时间；

步骤S3中，无人机在执行飞行任务时判断前方是否有固定障碍物，并跨越固定障碍物飞行的步骤如下：

首先，无人机在每个任务阶段中的飞行阶段中，在默认飞行高度上从A点到B点，每隔一个固定时间计算一次当前时刻t无人机的位置坐标xy(t)、上一时刻t-t_step无人机的位置坐标xy(t-t_step)和下一时刻t+t_step无人机的位置坐标xy(t+t_step)；

接着，判断无人机在这三个时刻的位置坐标与固定障碍物k之间的位置关系，K是所有固定障碍物的集合；若出现这种情况：当前时刻t无人机的位置坐标xy(t)不在固定障碍物k范围之内，而下一时刻t+t_step无人机的位置坐标xy(t+t_step)在固定障碍物k范围之内，则说明无人机在下一时刻会撞上固定障碍物k；

那么从下一时刻开始无人机不能继续向着B点水平飞行，应该垂直向上飞行，直至上一时刻t-t_step无人机的飞行高度z(t-t_step)不大于固定障碍物k的高度，而当前时刻t无人机的飞行高度z(t)大于固定障碍物k的高度；接下来一段时间内无人机保持飞行高度z(t)在固定障碍物k上方向着B点水平直线飞行，直至上一时刻t-t_step无人机的位置坐标xy(t-t_step)在固定障碍物k范围之内，而当前时刻t无人机的位置坐标xy(t)不在固定障碍物k范围之内；

接下来无人机垂直下降飞行，直到无人机的飞行高度等于默认飞行高度，然后保持默认飞行高度向着B点水平直线飞行；无人机在默认飞行高度向着B点水平飞行但没有到达目标点B之前，无人机需要不断判断前方是否有固定障碍物，若有固定障碍物，则需要跨越固定障碍物飞行，否则无人机保持默认飞行高度向着B点水平直线飞行。

2.根据权利要求1所述的传感器网络无线充电方法，其特征在于，无人机的一轮执行任务包括停留阶段、飞行阶段和充电阶段，其中停留阶段无人机位于基站或节点正上方；飞行阶段包括水平飞行阶段和垂直飞行阶段；充电阶段无人机位于基站或节点正上方。

3.根据权利要求1所述的传感器网络无线充电方法，其特征在于，无人机执行任务时的飞行状态包括四种：垂直上升飞行、垂直下降飞行、保持在默认的飞行高度向着目标点直线飞行、保持在比固定障碍物高的飞行高度向着目标点直线飞行；无人机执行任务时的垂直投影位置始终处在规划的飞行路线上。