[发明专利]一种功率控制下的无人机多重覆盖模型及部署方法

说明书

本发明公开了一种功率控制下的无人机多重覆盖模型及部署方法。该模型为：在无人机网络中的通信覆盖场景中，对于任意的任务区域，其能被无人机群网络覆盖的概率是由能侦测到该区域的无人机共同决定的。方法为：首先构建无人机多覆盖部署模型，参与者是无人机群网络内所有无人机；然后各无人机构建自己的状态集，并将其他无人机划分为邻居和非邻居无人机；接着计算最大化传输功率下的最优覆盖，得出最优覆盖策略；最后在最优覆盖策略下，进行当前覆盖部署下的功率控制，得出最优功率策略。本发明能够精确地刻画无人机群网络中无人机对地面的覆盖能力，并在满足通信需求的前提下实现功率开销最小化。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种功率控制下的无人机多重覆盖模型及部署方法。

背景技术

无人机技术在近十几年来发展迅速。无人机的特征包括小体积、高移动性和低通信开销，这使得无人机在民用和军事上得到了广泛的应用。然而，随着任务需求的多元化和专业化，单一的无人机已经不能满足复杂任务的需要，因此需要搭建无人机群，组成一个无线感知网络进行工作，这也使得无人机群网络中的协同通信成为无人机技术开发的关键。

研究表明，无人机通信技术往往最终可以转化为在区域覆盖范围内的实际应用，因此，区域覆盖是无人机群网络中的一个最基本的问题(参考文献Y.Chen,H.Zhang,andM.Xu,“The coverage problem in UAV network:A survey,”in InternationalConference on Compu-ting,Communication and Networking Technologies,pp.1–5,2014.)。无人机合作控制覆盖能够更好地完成侦查、通信和测绘标图等任务，覆盖面积和任务面积的比值是对无人机群网络覆盖能力的衡量方式。

无人机覆盖问题也存在许多挑战，如移动性，电池寿命，连接性和障碍等。这其中，电池寿命不足是无人机的一个严重缺点，当电池无法支持无人机在规定时间内完成任务时，会导致任务失败甚至是无人机的坠毁的严重后果。因此，通过研究无人机群网络中无人机高效协作覆盖，可以提高无人机的适应环境能力，减少通信和飞行开销，避免了严重的后果。

针对无人机覆盖问题，有人提出了一个多无人机合作搜索和监视下的博弈理论公式，并提出了动作集的概念，同时引入了势能博弈作为理论支撑(参考文献P.Li andH.Duan,“A potential game approach to multiple UAV cooperative search andsurveillance,”in Aerospace ScienceTechnology,vol.68,2017.)；有人提出了一种在给定无人机和地面单位下，由天线增益和高度决定的覆盖概率函数，并对该函数进行了理论推导(参考文献M.Mozaffari,W.Saad,M.Bennis,and M.Debbah,“Efficient Deploymentof Multiple Unmanned Aerial Vehicles for Optimal Wireless Coverge,”in IEEECommunications Letters,vol.20,pp.1647–1650,2016.)。大多数工作并没有强调无人机群间的协同作业能力，没有很好地利用多无人机协同的特点，并对覆盖的定义过于直接简单，导致其覆盖场景往往不够实际。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低频谱资源获取开销、提高频谱利用率的功率控制下的无人机多覆盖模型及功控部署学习算法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种功率控制下的无人机多重覆盖模型，在无人机群网络中的通信覆盖场景中，对于任意的任务区域，能被无人机网络覆盖的概率由能侦测到该区域的无人机共同决定的；通过无人机部署和传输功率的控制，实现在满足通信需求的前提下达到总传输功率最小化的目标。

一种功率控制下的无人机多重覆盖部署方法，包括以下步骤：