[发明专利]一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法

说明书

本发明一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法属于无人机通信领域。该方法具体步骤如下：步骤1，根据用户传输速率的需求，构建满意度函数，建立无人机集群通信场景模型；步骤2，将任一无人机集群等效为一虚拟通信对，将频谱资源分为一定数量的大频段，对无人机集群进行大频段匹配，求解出集群最优匹配方案；步骤3，将大频段分为一定数量的小频段，各无人机集群内的无人机通信对进行小频段匹配，求解出最终最优匹配方案。本发明有效地解决了所述场景中多用户通信需求异构的频谱资源规划问题。同传统遍历搜寻方法相比，本发明提出的双层匹配博弈算法具有较低的复杂度和较高的效用。

技术领域

本发明涉及无人机通信领域，尤其涉及一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法。

背景技术

近年来，由于宽带大容量信息传输、个人通信以及军事保密、抗干扰通信等领域发展迅猛，现代无线通信对无人机协助的信息传输系统的需求也呈现爆发式增长的趋势，无人机在全球范围内得到了空前的重视与发展，广泛应用于军用、民用等领域。

为了保障业务的完成度，通常由无人机集群协作执行，以发挥集群化的优势。在频谱资源有限的条件下，多集群工作时如何合理地进行频谱资源规划则显得至关重要。此外，集群内部主机和僚机无人机通常成对配合执行通信、侦察等任务，主机和僚机之间业务信息的传输需要一定的频谱资源，如何为各个集群以及集群内部主、僚机通信对分配适当的资源以保障通信质量满意度显得至关重要。同时集群作战是信息化战争中夺取信息优势、实施精确打击、完成特殊作战任务的重要手段之一。大规模无人机集群作战将作为未来战场的制高点，是完成侦查打击任务、提高战斗力的重要途径。

在无人机常规飞行状态中，需要时刻进行群内传输以进行信息交互、信息融合等。此外，由于战场环境的复杂，需要实时传输战场态势信息。由此可见，复杂多变的战场环境，无人机航迹变化，应急突发的可用频谱状态改变等，导致无人机群网络呈现高动态性、严格化保障等不同特征。为实现集群作战的优势，大规模集群的部署和资源调配会导致无线资源的高度竞争和过度拥塞。无人机集群具有较强的战场机动性，其位置动态性和任务的执行多阶段性导致机群之间的冲突干扰关系、网络拓扑呈现时变等特性。在多信道无线通信网络中，需要通过选择不同的频谱资源来减小与集群的用频干扰。

国外对无人机集群技术己开展了大量的研究工作，特别是美国，在国防部的统一领导下，国防先进研究计划局（DARPA）、战略能力办公室（SCO），以及空军、海军等都开展了大量的研究和论证工作，启动了多个项目。近年来，美国和欧洲已经正式把无人机集群的发展列入到“网络中心战”的系统框架中。2013年9月美国国防部发布了《无人系统一体化路线图(2013-2038年)》。2016年5月，美国空军正式提出《2016—2036年小型无人机系统飞行规划》，希望构建横跨航空、太空、网空三大作战疆域的小型无人机系统，并在2036年实现无人机系统集群作战。小精灵项目公告由DARPA于2015年9月发布，提出通过载机在防区外发射携带侦察或电子战载荷、具备组网与协同功能的无人机蜂群，用于离岸侦察与电子攻击任务，并在任务完成后对幸存无人机进行回收的技术。2017年6月，中国电子科技集团成功完成了119架固定翼无人机集群飞行试验，刷新了此前2016年珠海航展上同样由中国电子科技集团完成的67架固定翼无人机集群试验纪录。

现有研究通常考虑扁平化的资源管理策略，决策效率较低，不适用于高动态、大规模集群场景。本发明创新性地提出分层多粒度的资源管理框架，加速资源决策速度，同时以用频分配的满意度和稳定性为目标，设计了一种基于分层匹配博弈的频谱资源规划方法。

发明内容

本发明提出了一种基于分层匹配博弈的集群通信用频决策方法，目的是为解决场景中的频谱资源规划问题。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：