[发明专利]无人机多站多机系统时隙资源分配方法

说明书

本发明公开的一种无人机多站多机系统时隙资源分配方法，旨在提供一种时隙资源利用率高，时隙分配结果无冲突，时隙资源复用性高，运算复杂度低，时隙分配稳定的时隙资源分配方法。本发明通过下述技术方案予以实现：地面站周期收集无人机位置信息后发送至网管中心，网管中心计算各地面站与所有无人机平台之间的空地链路夹角；网管中将地面站与无人机之间的通信链路映射为二维平面图G的点集，根据空地链路夹角关系确定图G的边集，并将时隙建模为二维平面图G的颜色集合，以相邻两点着不同颜色为原则对图G进行点着色；网管中心根据图G的点着色结果确定通信链路时隙分配方案并发送至各地面站，地面站将时隙分配结果下发至无人机平台。

技术领域

本发明涉及一种适用于无人机多站多机系统时隙资源分配方法。

背景技术

随着航空飞行技术的迅猛发展，无人机的应用领域不断扩大，无人机系统已广泛应用于大地测绘、目标监视等民用领域。无人机系统通常由无人机及地面站两类平台构成。地面控制站作为无人机系统的指挥中心，其控制内容包括:无人机的飞行过程，飞行航迹，有效载荷的任务功能，通讯链路的正常工作，以及飞行器的发射和回收。地面站除了完成基本的飞行与任务控制功能外，同时也要求能够灵活地克服各种未知的自然与人为因素的不利影响，适应各种复杂的环境，保证全系统整体功能的成功实现。为提升网络传输能力，无人机系统相关研究通常指一站多机系统，即一个地面站系统控制多架、甚至是多种无人机。随着信息化需求的增多，传统的一站单机及一站多机系统由于作用范围受限，已无法满足协同网络化测控等功能多样化的业务传输需求。

无人机多站多机系统由多个无人机、多个地面站、一个网管中心组成。地面控制站包括遥控/遥测车、数据电台及天线、遥控指令键盘和工业控制计算机；无人机平台包括不同种类、不同功能的飞行器平台；网管中心包括工业控制计算机、地面指挥中心等。地面控制站通过数据电台发送遥控指令；无人机平台通过数据电台接收遥控指令。无人机平台从传感器接收遥测、视频、图像等业务数据，并通过数据电台发送；地面控制站通过数据电台接收业务数据，并通过光纤等介质发送至网管中心，网管中心在监测界面上显示。无人机多站多机系统中，每个地面站负责控制一部分无人机平台，无人机平台在不同地面站的覆盖区域内可进行越区切换实现控制权转移，网管中心负责整个多站多机系统的统一管理，如图2所示。各地面站收集到无人机的位置、速度等信息后发送至网管中心，网管中心根据收集到的无人机平台信息进行时隙、频率等资源集中分配，然后将分配结果发送至所有地面站，各地面站再将分配结果下发至对应的无人机平台，在网络后续运行过程中，地面站与所有无人机平台执行新的传输资源分配方案。

根据数据传输方向及平台相对位置分类，无人机多站多机系统的通信链路可分为上行链路与下行链路两类。上行链路是指地面站至无人机的通信链路，主要承载航迹控制指令、资源分配方案等控制信息，数据量较小，但时延要求较高；下行链路是指无人机至地面站的通信链路，主要承载测控、情报等业务信息，数据量较大。传统的无人机系统中，无人机与地面站装配全向天线，通过轮询(Polling)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)等接入方式，在无人机数量较少的情况下保证系统中各条链路之间的无冲突传输，满足上/下行业务的服务质量要求。但考虑到全向天线下平台的干扰范围大且传输速率较低，而在无人机多站多机系统中，无人机节点数量多，系统覆盖范围广，因此全向天线难以满足无人机多站多机系统中平台的传输需求。