[发明专利]一种无人机阵列三维位置部署方法及系统

说明书

本发明提供了一种无人机阵列三维位置部署方法及系统，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。本发明最大化所有无人机的覆盖效用，最小化所有无人机的能量消耗。

技术领域

本发明属于无人机阵列部署技术领域，具体涉及一种无人机阵列三维位置部署方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着移动网络的发展以及互联网技术的兴起，人们对其的使用呈现爆炸式增长。随时随地地上网浏览信息，在线观看高清视频已经成为常态。这些多媒体业务对通信基础设施服务能力提出了非常高的要求。在某些特殊场合，传统的地面基站无法满足变化多样的通信需求。比如，一些演唱会或者体育赛事等临时性活动区域，由于地面用户数量的剧增，对移动网络需求的急剧增长，会导致地面通信设施拥塞及瘫痪的情况。

一种解决方案是在大型活动举办前提前部署更多的通信基础设施，但是这种只适用于持续时间长的大型活动，对于持续时间短的活动，这种方案会浪费大量的人力物力；第二种方案是通过临时部署应急通信车来应对剧增的用户，但是通信车来应对剧增的用户，但是通信车会受地理位置的限制，无法部署在最优的位置而影响其通信效率。综上所述，传统的基站静态部署已经难以满足移动网络的需求，灵活机动的基站优化部署亟待发展。

相比于传统的地面通信系统，通过无人机搭载无线通讯基站设备形成空中移动基站，具有很多优势。首先由于无人机的强机动性，无人机可以快速飞到目标区域上空为其提供通信覆盖，尤其在地面无法到达的区域，无人机则可以快速部署并提供服务；其次无人机在空中具有较好的视野，比起地面通信设施，无人机对地面通信衰减较低，能提供大范围且高质量的覆盖；最后无人机具有较强的可操作性，能够根据环境变化、用户位置或者通信需求变化，实时调整其位置和通信策略，从而提供灵活高效的通信服务。

鉴于无人机在通信领域的这些应用优势，用无人机来代替传统的静态基站，但是无人机的有限续航能力是无人机应用于通信领域的最大限制，提升无人机的能量效率和服务续航对于无人机的通信覆盖具有很大的意义。首先，无人通信不仅要考虑通信信道的特性，还要考虑无人机本身的飞行特性；其次，无人机通信涉及多方面的因素，包括发射功率控制、飞行动力机功耗、飞行轨迹规划、部署和移动策略等方面，如何结合这么多因素综合考虑无人机的通信策略和移动策略有重要意义；最后，多无人机协同能够在一定程度上提升系统的通信覆盖能力，且也是突破单个无人机有限续航的有效方法。但是多无人机之间的协同位置放置是首要考虑解决的问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种无人机阵列三维位置部署方法及系统，本发明最大化所有无人机的覆盖效用，最小化所有无人机的能量消耗。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种无人机阵列三维位置部署方法，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。

作为可选择的实施方式，所述多目标优化函数为：