[发明专利]多无人机移动基站位置部署方法

权利要求书

1.多无人机移动基站位置部署方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、在长为x_max、宽为y_max的二维矩形区域内随机分布K个地面用户和个无人机移动基站，建立每个无人机和所有地面用户的空间位置模型；

地面用户集合表示为：每个用户都是固定的；

无人机集合用表示；

空间位置模型包括每个无人机到每个用户的三维距离、二维距离和无人机到用户所在平面的仰角：

无人机m到地面用户k的三维距离

(x_m,y_m,z_m)为无人机m的坐标，(x_k,y_k,0)为用户k的坐标；

无人机m到地面用户k所在的二维平面的距离

无人机m到地面用户k所在平面的仰角

步骤二、利用空间位置模型，建立每个无人机到各地面用户的下行通信链路的信道增益；

对NLoS情况引入衰减系数κ，将信道系数表达为无人机m与地面用户k之间距离d的函数：

LoS出现的概率如下：

b为与环境有关的模型参数；

无人机m到地面用户k的信道增益公式如下：

为信号传输的时候存在LoS的概率；β₀是LoS情况下单位距离的路径损耗；α是路径衰减指数，κ为信号传输的时候存在NLoS时引入的衰减系数；

步骤三、利用空间位置模型中，每个无人机与各用户间的二维距离R和仰角θ，重新整理信道增益得到信道增益与二维距离R之间的关系；

无人机m与地面用户k的信道增益重新整理后的关系式如下：

a和b均为与环境有关的模型参数；

步骤四、利用信道增益与二维距离R之间的关系，计算无人机与其服务的用户之间可以达到的最远距离，即每架无人机的最大服务半径R_max；

针对无人机m，首先固定二维距离计算信道增益取得最大值时对应的仰角θ₀；

计算公式为：

然后，令此时的信道增益取值为无人机与用户实际成功通信的最小信道增益求无人机的最大服务半径R_max；

公式如下：

步骤五、根据每架无人机的最大服务半径，构建最小化无人机数量的目标函数，用数量尽可能少的无人机服务全部地面用户；

目标函数如下：

约束条件如下：

C1要求每个用户都被至少一个无人机覆盖；参数γ描述无人机对用户的覆盖情况：

用户k处于无人机m的服务范围内，取值为1，反之用户k处于无人机m的服务范围外，取值为0；

C2表示每架无人机能服务的用户数量不能超过最大值N_max；

C3表示无人机位置范围的约束条件；

步骤六、在满足约束条件下求解目标函数，基于贪心算法的思想将地面用户分组，每组用户数尽量接近N_max；

分组的具体步骤为：

步骤601、在用户集合中找出未被无人机覆盖的点集对点集提取凸包络，将用户点分为边界点集和内点集

步骤602、选择区域左下角的边界点用户并计算边界点k₀到其他所有边界点的距离，将与边界点k₀距离小于2R_max的边界点归入集同时，计算边界点k₀到其他所有内点的距离，将与边界点k₀距离小于2R_max的内点归入集

其中边界点归入集中点的优先级高于内点归入集中的点；

步骤603、利用人工蜂群算法计算无人机m所服务的用户的集合

步骤604、将点集从点集中删去后，对点集重新提取凸包络，更新边界点集和内点集

步骤605、从边界点集中选择与左下角的点k₀最近的点作为新的k′₀，返回步骤602，直至点集为空，将所有用户分组；

步骤七、在每组中分别部署一架无人机，优化各无人机的位置及服务半径，实现最大化信道增益的同时最小化其他用户的干扰。