[发明专利]一种无人机网络连通修复方法

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，其中各个无人机组中都包括任务无人机和备用无人机，且n＜m；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(x_A,y_A,z_A)和B(x_B,y_B,z_B)，A、B无人机组的覆盖半径为R_A和R_B，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(x_q1,y_q1,z_q1)和(x_q2,y_q2,z_q2)；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，d_c为部署的无人机间通信距离，先将其设为一个未知量，0＜d_c≤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,…P_N表示备用无人机应该部署的坐标点，计算方法为：

P₁＝(x_q1+d_ABsinα,y_q1+d_ABcosαsinβ,z_q1+d_ABcosαcosβ) (2)

P₂＝(x_q1+2d_ABsinα,y_q1+2d_ABcosαsinβ,z_q1+2d_ABcosαcosβ) (3)

…

P_N＝(x_q1+Nd_ABsinα,y_q1+Nd_ABcosαsinβ,z_q1+Nd_ABcosαcosβ) (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d_mP1,d_mP2,…,d_mPN；

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P_f、悬停功率P_h和通信功率P_c；

首先，无人机移动损耗的能量E_move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，由香农公式可知任意两个相邻节点间链路的信道容量表示为C_i,i+1＝Wlog(1+SNR_i,i+1),其中的W为无人机链路带宽，β₀为距离为1m时的信号功率，σ²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：

则无人机通信损耗的能量E_com表示为：E_com＝P_cT；

最后，无人机联通修复的总能耗E_total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，表示为：

E_total＝E_move+E_h+E_com (7)

其中的E_h为悬停时损耗的能量，表示为：

E_h＝P_hT (8)

通过结合(5)-(8)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E_total对d_c求导得到联合共同推断出所求得的d_c为最小值；

步骤八：将步骤七计算所得d_c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。