[发明专利]无人机一站多机系统空地数据链路频道分配方法

说明书

本发明公开的一种无人机一站多机系统空地数据链路频道分配方法旨在提供一种能够降低运算复杂度，并能提升频道资源复用程度的链路频道分配方法。本发明通过下述技术方案予以实现：地面控制站获得无人机平台位置信息，统计空地数据链路数量，计算所有空地数据链路两两之间的夹角，对所有夹角值进行降序排列；然后，从最大夹角对应的空地数据链路开始，根据链路间夹角与“复用门限”之间的关系构建“超链路”，将超链路中包含的空地数据链路数量作为该超链路的权值；地面控制站迭代进行上述超链路合并过程，直至没有可进一步合并的超链路，将频道资源平均分配至各条超链路；分配过程结束后，频道分配结果通过上行地空链路发送至无人机平台。

技术领域

本发明涉及一种适用于无人机一站多机系统空地数据链路的频道分配方法。

背景技术

无人机是一种由电力等方式进行驱动、机上无人驾驶的空中飞行器。无人机系统是指由无人机平台、地面控制站、任务设备等组成的能够完成特定任务的通信系统。通常情况下，由地面站完成对无人机平台的速率、方向、姿态等功能参数的控制及任务分发功能，无人机平台接收地面站发出的控制指令，执行特定任务后，向地面站发送特定任务反馈信息。随着航空技术的飞速发展及无人机性能的不断提升，无人机系统已成为航空、测控、电子对抗等领域的研究热点。早期对于无人机系统的相关研究主要以一站单机系统为主，地面控制站作为系统的控制中心，以点对点的通信方式完成对无人机的功能控制、参数分发等过程。无人机一站单机系统中仅包含一条无人机与地面站之间的链路，系统元素单一、构成简单，不涉及组网问题，但由于无人机一站单机系统的结构配置只能支持单架无人机，系统作用范围仅仅取决于无人机平台的覆盖范围，因此无人机一站单机系统抗毁性较差、系统容量较低、作用范围受限，无法充分发挥无人机平台灵活高效的特点，不能支持多架无人机共同完成复杂的测控、对抗等数据传输任务。

为了提升无人机系统传输能力，扩展应用范围，无人机系统目前已经趋向于向一站多机系统发展。无人机一站多机系统是由一个地面控制站和多架无人机组成，利用无线组网技术实现地面控制站与无人机平台之间完成特定任务的数据通信系统。在无人机一站多机系统中，无人机平台可形成多个“集群”，具备全方位、大纵深的特点。地面控制站通过对多架无人机的任务部署及控制指令分发，可以完成对无人机集群的跟踪、控制、测量、定位，从而能够有效扩展了系统应用范围，例如：通过无人机一站多机系统可提高对地观测的覆盖率、实现多方位多视角观测、三维立体相干成像、电子侦查、云层气象观测等功能。

按照数据传输方向的不同，无人机一站多机系统的数据链路可分为上行地空数据链路、下行空地数据链路两类。其中，上行地空数据链路指的是地面站至无人机之间的通信链路，其主要任务是完成地面站对无人机控制指令的分发，例如作战打击指令、编队变化指令、速度方向控制指令等；下行空地数据链路指的是无人机至地面站之间的通信链路，其主要任务是保证无人机完成向地面站的高速、大数据量任务信息的下传，例如测绘信息数据、目标监视数据等。通常情况下，传统无人机一站多机系统中的各个平台装配全向天线，系统结构如图6所示。无人机一站多机系统的主要特点为上、下行链路之间的数据量呈现“不平衡”状态：上行地空数据链路为一对多结构，传输速率较低，数据量较少；下行空地数据链路为多对一结构，传输速率较高，数据传输需求较大。对于无人机一站多机系统，现有研究主要以单地面控制站、单无人机或双无人机的配置作为系统结构，以频分多址（FrequencyDivision Multiple Access，FDMA）或时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）的接入方式完成无人机与地面控制站之间的数据传输，如图5所示。在上述两种接入方式中，各条上、下行数据链路单独占用固定分配的频道资源或时隙资源，在无人机数量较少的情况下，通过简单的时、频资源分配算法可以满足空地下行数据链路的传输需求。但随着无人机数量增加，有限的时频资源难以保证空地下行数据链路的大容量数据传输。因此，如何能够有效保证空地数据链路的大容量传输需求成为了无人机一站多机系统研究中主要关心的问题。