[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

说明书

本发明提供了一种无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，包括以下步骤：首先，根据无线紫外光MIMO通信技术解决无人机编队中的节点定位问题，为后期生成编队提供了基础；然后，选择最佳定位结果生成最优刚性编队，并对此结构进行合理的有向化得到拓扑复杂度低、能量损耗小的最优持久编队。本方法针对编队内机间位置信息未知的情况，实现了最优持久编队的生成，保障了网络的稳定性和编队的高效性。

技术领域

本发明属于无线紫外光通信技术领域，涉及无人机编队中的机间通信，具体涉及无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法。

背景技术

无人机是一种可重复使用的空中飞行器。与载人飞机相比，它具有体积微小、造价较低、机动灵活、操控方便和战场生存能力较强等优点。由于上述优势，无人机在各领域的应用日益广泛，受到了世界各国的青睐。在民用领域，中小型无人机被广泛应用于农业植保、地理测绘、电力巡检和环境监测等；在军事领域，无人机在日益复杂的战场环境中表现出突出的应用优势，具有侦查能力强、可控制性强和不易造成人员伤亡等特点，在空中作业或电子对抗作战环境下，能根据需求完成侦察监视、迷惑干扰、对地攻击等复杂任务。但是，在复杂多变的信息化环境下，单个无人机因其抗毁性差、工作效率低和侦察范围有限等缺点，难以完成复杂任务。“蜂群”无人机是由一群自主组网协同作业的小型无人机构成一定形状的编队，它们相互协作完成复杂任务，能够极大提升任务成功概率。无人机蜂群主要优势体现在可通过成员无人机之间相互配合提高任务的完成质量，通过无人机蜂群内部的资源共享提升任务的完成效率，通过任务的高度整合及并行执行缩短任务的完成时间。

紫外光主要是利用“日盲”波段(200nm-280nm)紫外光实现通信，因此无线紫外光通信具有全天候非直视工作、低分辨率、低窃听率和通信背景噪声小的优势，从而可以在恶劣大气环境、复杂电磁环境和无线电静默等条件下维持无人机编队内部通信，为通信网络的稳定性和编队飞行的安全性提供保障。稳定的通信网络是保障无人机编队能够实时通信且安全高效作业的基础。在实际飞行中，无人机的留空时间受限于其自身的尺寸、重量及所携带的有限能源。因此，为了尽可能的延长无人机编队网络的生命周期，提升完成复杂任务的成功概率，应采用一种能源消耗较少的编队网络结构。最优持久编队的通信代价小、拓扑复杂度低，且因利用单向通信的方式使系统能量损耗有效降低，该结构能有效增强编队网络的稳定性和抗毁性。

但目前对最优持久编队生成方法的研究均是建立在无人机编队内位置信息共享的前提下，并未考虑当无人机编队内位置信息不共享时最优持久编队的生成方法。针对这种情况，本发明提出了基于无线紫外光MIMO通信的最优持久编队生成方法，能够在编队内位置信息不共享的情况下实现机间通信并构建最优持久编队。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明目的在于提供了一种无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，用以解决编队内位置信息不共享时最优持久编队的构建，建立通信网络并保证通信链路的快速建立和可靠保持。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：

该无线紫外光MIMO协作无人机最优持久编队生成方法，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；