[发明专利]面向多无人机数据采集时间最小化的V型轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种面向多无人机数据采集时间最小化的V型轨迹规划方法，属于无人机使能的数据采集领域，包括以下步骤：S1：根据无人机飞行轨迹长度和采集轨迹长度，构建多无人机任务平等分配模型；S2：利用V型轨迹采集，构建使无人机数据采集时间最短的采集轨迹；S3：联合优化无人机飞行轨迹和采集轨迹，最小化单个无人机的任务完成时间。当地面网络设备损坏时，运用无人机进行数据采集工作，相较其它无人机轨迹规划方法减少了计算复杂度，实现对给定任务下的最小任务完成时间的多无人机轨迹规划。

技术领域

本发明属于无人机使能的数据采集领域，涉及一种面向多无人机数据采集时间最小化的V型轨迹规划方法。

背景技术

无线传感器网络以其低成本、范围大、布设灵活、移动支持等特点普遍运用到各个领域。在遭遇恶劣的状况，例如火灾监测、灾害预警、甚至是战争等，网络自主通信损坏，无法保证信息正常接收。由于无人机在自由空间下极具灵活性和很好的可视链路，无人机在作为空中移动平台搭载通信设备可以顺利地执行数据采集和侦察等任务，但无人机的任务完成时间对于决策和行动制定至关重要。因此，在对时间紧急的应用中应该首先考虑任务时间最小化。

由于可视链路的信道、传输速率受到传输距离的限制，目前存在的轨迹规划方案在追求过短的飞行路径时，会增加额外的数据传输时间，造成总体采集时间增加，并且没有具体分析无人机数据采集过程，无人机的悬停位置和飞行轨迹对采集时间有很大影响。因此，需要全面考虑飞行轨迹长度和采集方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于针对多无人机数据采集系统，利用可视链路的特性，提供一种面向多无人机数据采集时间最小化的V型轨迹规划方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向多无人机数据采集时间最小化的V型轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1：根据无人机飞行轨迹长度和采集轨迹长度，构建多无人机任务平等分配模型；

S2：利用V型轨迹采集，构建使无人机数据采集时间最短的采集轨迹；

S3：联合优化无人机飞行轨迹和采集轨迹，最小化单个无人机的任务完成时间。

进一步，在步骤S1中，多无人机的任务完成时间为其中用时最长的某个无人机的任务完成时间，因此要进一步平等地分配每个无人机的任务。无人机的数据采集范围设置为以地面节点为圆心，半径为D的圆内，根据无人机飞行轨迹长度和采集轨迹长度，地面节点位置和待上传数据包大小，构建多无人机分配任务模型，单无人机j服务单个地面节点i的任务量设为Γ_ij

上式表示把单个节点飞行任务和采集任务的任务量视为采集范围外的轨迹和采集范围内的轨迹长度的权重之和，a，b分别为飞行轨迹长度和采集轨迹长度的权重，视采集任务量和飞行轨迹长度大小而变化，为地面节点i的坐标，为地面节点i+1的坐标；由于无人机采集地面节点的顺序将影响飞行轨迹的长度，因此无人机j的总任务量TQ_j由所需服务的节点数目p_j和采集顺序S_j决定：

把N个地面节点的飞行任务和采集任务公平地分配给M个无人机，则需使得多无人机中获得最大任务量的无人机的任务量最小化，通过优化每台无人机的采集顺序S，和所服务的节点数目n，将其转化为最小化最大值问题：

求解式(3)是一个n-p难题，将其转换为多旅行商问题(MTSP)并通过遗传算法求解，此目标函数的求解得，地面节点按照顺序S依次链接得到无人机初始轨迹。