[发明专利]无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法

权利要求书

1.无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据无线紫外光的散射特性，为每架无人机装载一个半球形的LED阵列构成的无线紫外光MIMO通信模型发射紫外光信号，使各架无人机周围形成覆盖范围为圆形的紫外虚拟势场；

步骤2：无人机间未建立链路时，作为发起节点的无人机搭载半球型紫外LED阵列将自动扫描并发送其设定波长的紫外光进行邻居发现；

步骤3：无人机通过顶部的全向接收机接收信息帧，使收到请求信息的节点以该发起节点为目的节点发送应答信息帧；然后收发节点互相发送信息进行确认，建立通信链路，实现机间定位；

步骤3.1：通过顶部的全向接收机，待发现的节点结构接收到步骤2中发送节点发送的请求信息帧，并将接收到的请求信息帧传入与之相连的主控芯片；

步骤3.2：待发现的节点结构作为接收节点，其主控芯片生成接收节点上紫外光LED对应的位置信息，并发送应答信息帧；应答信息帧包括接收节点接收到的请求信息帧中发送节点的ID号、接收节点接收到的请求信息帧中发送节点上紫外光LED的位置信息、接收节点的ID号和接收节点上紫外光LED的位置信息；

步骤3.3：收发节点互相发送信息进行确认，并根据接收光强选择最优LED对，建立通信链路，并进行链路保持和跟踪；

步骤3.4：发起节点根据应答信息帧的紫外光LED编号得到发起节点和接收节点之间的相对方向，并且通过接收到紫外光的功率可以得到发起节点和接收节点之间的相对距离；

步骤4：利用紫外光MIMO通信模型所得的节点对之间的相对方向和距离构建坐标，并基于定位所得节点坐标构建无人机最优持久编队。

2.根据权利要求1所述的无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于：所述步骤1中无线紫外光MIMO通信模型设有主控芯片。

3.根据权利要求2所述的无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于：所述主控芯片的型号为STC12C5A60S2。

4.根据权利要求1所述的无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于，所述步骤2具体是：

步骤2.1：无人机间未建立链路时，作为发起节点的无人机搭载半球型紫外MIMO通信模型作为发送节点，其主控芯片生成发送节点上所有紫外光LED对应的经纬向编码的位置信息；

步骤2.2：发送节点通过其上的紫外光LED将自动扫描并发送其设定波长的紫外光进行邻居发现，其中，发送的信息为位置信息、ID编号的请求信息帧。

5.根据权利要求1所述的无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于，所述步骤3中相对距离的计算公式为：

式中，P_r，NLOS为紫外光非直视单次散射通信链路接收光功率，r为收发端之间基准距离，P_t为发射光功率，P_s是散射相函数，A_r为接收孔径面积，K_e代表大气信道衰减系数且K_e＝K_a+K_s，其中K_a为大气吸收系数，K_s为大气散射系数，θ₁、θ₂分别是发射机、接收机的仰角，φ₁为射光束孔径角、φ₂为接收视场角。

6.根据权利要求1所述的无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，其特征在于，所述步骤4具体是：

步骤4.1：利用无线紫外光MIMO模型所得的节点对之间的相对方向和距离构建坐标系，并使各无人机节点的主控芯片根据在各自所在位置生成节点坐标；

步骤4.2：基于各节点的坐标，求得各无人机节点之间的距离作为网络中边的权重，并通过对刚性矩阵的计算选择合适的边生成最优刚性编队；

步骤4.3：对最优刚性编队进行有向化操作，保证每个节点的出度不大于2，最终生成最优持久编队。