[发明专利]基于实时能耗检测的无人机激光供能集群充电调度方法

权利要求书

1.基于实时能耗检测的无人机激光供能集群充电调度方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、建立无人机动态能量消耗模型：

设对无人机进行充电前的时间为零，从当前开始无人机以时间间隔Δt，定期记录自己的当前剩余能量和当前时间值，并把这两个值以消息的形式发送给激光充电器LC，无人机i的实时能量消耗率r_in为：

其中，r_in为接收到第n+1条能量信息通告后的能量消耗率的当前值，RE_in表示无人机i的当前剩余能量，RE_i(n-1)表示无人机i上一时刻剩余能量、t_n表示无人机i记录第n+1条剩余能量的时间；

激光充电器LC在接收到n+1条无人机i的能量信息后，计算得到无人机i的能量消耗率R_i,n，利用加权平均法算得：

式中，t₁、t₂、...t_n表示无人机i记录剩余能量的时间，r_in为接收到第n+1条能量信息通告后的能量消耗率；

整理公式(1)和公式(2)得到：

式中，t₀表示初始时间值、△t表示时间间隔、n表示当前第n次记录能量通告；

需要激光充电器LC保存所有的剩余能量信息来计算无人机的动态能量消耗率，代价会比较大，因此应用递推法改进公式(2)得到：

式中，ST_n-1为基站接收到无人机i的第n个剩余能量通告的总时间，R_i,n-1表示无人机i第n次收到能量通告时的平均能量消耗率、RE_i0表示初始剩余能量、RE_i1表示第2次收到能量通告后的剩余能量、△t表示时间间隔；

无人机i每更新一次它的能量消耗率，总时间ST_n就要累加一次：

ST_n＝ST_n-1+t_n (5)

步骤2、建立无人机网络模型：

将无人机的迫降率记为δ，对无人机i进行充电时，剩余无人机的迫降数与总无人机数量的比值，即为：

式中，n为无人机的总数量，m_i为选择无人机i作为下一个充电节点时剩余无人机的迫降数量；

在任一t时刻无人机i的剩余飞行时间应该满足：

式中，RE_in表示无人机i的当前剩余能量、RE_min2表示无人机的电量第二阈值、RE_max表示无人机的最大能量；

在任一t时刻无人机i的剩余飞行时间为：

若此时激光充电器LC为无人机i进行充电，激光充电器LC对无人机的充电功率为U，则激光充电器LC对无人机i的充电时间为：

式中，RE_max表示无人机的最大能量；

假设此时激光充电器LC正在为无人机i进行充电，那么此时剩余发送充电请求的无人机j的充电容忍时间为：

式中，RE_jn表示无人机j的当前剩余能量、RE_min2表示无人机的电量第二阈值、R_j,n表示无人机j的当前能量消耗率、τ_i表示无人机i的充电时间；

若D_j(t_i)＝0，说明无人机j得不到充电机会，需要迫降，从充电队列中删除；

步骤3、充电调度方法：

若无人机的剩余能量低于E_min2，则该无人机需要充电，被纳入充电服务池M中；当充电服务池M为非空时，计算每个待充电无人机的剩余飞行时间与选择某一无人机作为下一充电节点时，该无人机的充电容忍时间，通过对比两个时间，始终选择使待充电无人机迫降数最少的节点作为下一充电节点。

2.根据权利要求1所述基于实时能耗检测的无人机激光供能集群充电调度方法，其特征在于：步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：激光充电器LC对无人机进行充电前，计算充电服务池M中的各无人机的剩余飞行时间；

步骤3.2：将剩余能量小于E_min2的所有无人机加入充电服务池M中；

步骤3.3：对充电服务池M中待充电的无人机，计算它的充电容忍时间；

若D_j0说明选择无人机i作为下一个充电无人机时，无人机j不会迫降；若无人机i对于所有的无人机j(j≠i，j∈请求充电的无人机)都满足D_j0，则说明择无人机i作为下一充电无人机时充电服务池中的无人机都不会迫降，这时将无人机i加入到充电候选集X中；如果充电候选集为空集，则对于充电服务池中的所有待充电的无人机，如无人机i，激光充电器LC统计满足D_j0的无人机的个数和对应的节点的ID，并计算每个待充电无人机的δ；

步骤3.4：如果集合X为非空集，则激光充电器LC计算集合X中的无人机的充电时间；选择充电时间最短的无人机作为下一个充电节点；

步骤3.5：如果集合X为空集，计算则选择δ最小的节点作为下一充电节点；

已经选中的下一充电无人机在充电完成后，从激光充电器LC的充电服务池M中将其删除，清空集合X，执行步骤3.6；

步骤3.6：重复步骤3.1～步骤3.5，直到无人机集群充电任务完成。