[发明专利]一种无人机阵列三维位置部署方法及系统

权利要求书

1.一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，包括以下步骤：

构建最大化无人机的总覆盖效用和最小化所有无人机的能耗的多目标优化函数，以及其约束条件；

根据地面用户的数量和位置，对地面用户进行聚类，形成分簇；

基于分簇结果，对无人机的数量、位置和速度进行初始化；

在约束条件下对多目标优化函数进行迭代求解，直至找到最优解，根据最优解部署各无人机的三维位置。

2.如权利要求1所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，所述多目标优化函数为：

f₁为第一个目标，即最大化所有无人机服务的用户数量，f₂为第二个目标，即最小化无人机的能量消耗以延长整个网络的寿命；

其中，决策变量为分别表示构成无人机阵列所需的无人机数量、每个无人机的三维位置以及每个无人机的飞行速度，N表示地面用户的个数；l_k,n是第k个无人机覆盖第n个用户的标志，l_k,n＝1表示与第k个无人机覆盖第n个用户，N表示地面用户的个数；l_k,n是第k个无人机覆盖第n个用户的标志，l_k,n＝1表示与第k个无人机覆盖第n个用户；μ＝1表示无人机处于悬停状态，为构成无人机阵列的时间，表示无人机是否存在高度变化带来的能量消耗,是无人机飞行的水平距离，通过无人机的三维位置计算出来，表示水平位置引起的能量消耗，E^vert是垂直方向引起的能量消耗，表示无人机飞行消耗的功率，表示无人机盘旋所消耗的功率，表示无人机的飞行时间。

3.如权利要求1所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，所述约束条件包括各无人机需要在给定的目标区域内移动，无人机的速度不能超过无人机额定功率所对应的速度值，无人机的悬停/飞行时间不能超过最大的时间，无人机之间的距离需要满足无碰撞的安全距离，每个用户设备只能和一个无人机建立通信，以及各无人机的连接用户数量最大限制约束。

4.如权利要求1所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，对地面用户进行聚类，形成分簇的具体过程包括：利用基于角色确定算法对地面用户进行聚类，每个用户被初始化各自的角色，即是否作为簇心，每个用户会向其他用户广播他们的角色信息，当某个用户收到其他用户的角色信息时，就会获得一个簇分布，该用户会广播自己的信息且接收其他用户的信息，并根据欧式距离加入最近的簇，并计算随机数，在随机数基础上进行衰减，直到到达设定阈值后，各用户按照一定的概率改变当前角色，不断优化、更新簇。

5.如权利要求1所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，基于分簇结果，对无人机的数量、位置和速度进行初始化的具体过程包括：根据分簇结果中，每个簇的簇重要度初始化无人机的数量；根据选中的簇的簇心位置与簇内用户的距离，利用正态分布概率函数对无人机的位置进行初始化；鉴于每个无人机到达最优位置的时间不同，根据最后一个无人机的到达时间建立其他无人机的能量模型，初始化无人机的速度。

6.如权利要求1所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，在约束条件下对多目标优化函数进行迭代求解的具体过程包括：利用多目标灰狼优化算法进行求解，在猎物搜索时，根据适应度函数值选出排名前三个最优解，作为领导层的灰狼，带领其他灰狼进行捕猎，且灰狼接近猎物的方式采用正余弦优化算法，对于每个搜索代理的位置更新，即其他灰狼的位置由三位领导者的位置决定，并应用莱维飞行策略更新位置。

7.如权利要求6所述的一种无人机阵列三维位置部署方法，其特征是，在迭代的过程中，获得的非支配解和其他成员进行比较，更新存档，再根据轮盘赌法重新选择群体中的领导者。