[发明专利]一种基于onion与能量消耗模型的无人系统网络生成方法

权利要求书

1.一种基于onion与能量消耗模型的无人系统网络生成方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1：获取初始状态的无人节点位置，建立无人机运动控制模型；

S2：建立无人机能量消耗模型，选择合适的无人机作为onion模型的第一层，从而构建onion模型；

S3：根据无人节点位置信息，初始化虚拟控制点状态信息；

S4：虚拟控制点牵引其控制的无人节点运行到指定的位置，多无人机形成编队；

S5：判断第i层所有的无人节点是否都已经形成编队。若是，则进行第i+1层无人节点编队协同控制；若否，则在第i+1或第i+2层寻找无人节点进行信息交互，建立通信连接；

S6：判断第i层是否到达onion模型的最外层。若否，返回步骤S5继续执行；

S7：为onion模型每一层建立合适的能量消耗阈值，当无人节点的通信能量到达设定阈值时，将其调离前往下一层，同时，在下一层寻找能量消耗较少的无人机，前往上一层，以增强系统鲁棒性。

2.根据权利要求1所述的基于onion与能量消耗模型的无人系统网络生成方法，其特征在于：所述S1中，用ξ_i表示无人节点i在三维空间的位置矢量，q_i(t)、p_i(t)分别表示无人机i的位置状态和速度状态，无人机运动控制模型如下：

3.根据权利要求1所述的基于onion与能量消耗模型的无人系统网络生成方法，其特征在于：所述S2中，无人机能量消耗模型为：

无人机能量消耗由两部分组成，一个是无人机飞行移动所消耗的能量，一个是无人机通信所消耗能量，无人节点i的飞行所消耗能量如下：

其中，u_i(t)为无人节点i的控制输入，t为时间。

无人机网络在动态组网状态下，会根据不同的工作模式，有不同的能量消耗，在CSMA/CA的信道竞争机制下，该过程包括了信道监听，发送，接收，信道切换，以及休眠状态。

信道监听功率为W_h，发送功率为W_s，接收功率为W_r，休眠功率为W_i，信道切换所消耗能量为E_switch。P_rts,P_ack,P_cts,分别为RTS帧大小，ack确认帧大小，cts帧大小，第i次发送数据包大小，v为数据发送速率，因此：

信道空闲条件下发送数据的能量消耗为：

信道冲突条件下发送数据的能量消耗为：

其中，E(E_rb)为回退时间内消耗能量的数学期望，m为最大退避次数，t_i为退避时间帧。

无人机接收消耗能量为：

因此，无人机传输数据消耗能量为：

其中，N为信道空闲下发送次数，M为信道冲突下发送次数，K为接收次数。

因此，无人机能量消耗为：

E＝E_f+E_c

根据所设计能量模型，通过邻居结点数和无人机能量储备，考虑无人机结点介数与初始能量值，选取合适的无人机作为onion模型第一层。具体如下：

ρ＝αJ_N+βE_initial

其中，α为邻居节点重要度，β为能量储备重要度，J_N为邻居节点数，E_initial为无人机初始能量。

4.根据权利要求1所述的基于onion与能量消耗模型的无人系统网络生成方法，其特征在于：所述S3中，根据无人节点的全局状态信息，地面站发布初始化的虚拟控制点的状态信息：M＝[ζ₁，ζ₂，ζ₃…ζ_m]，ζ_m表示初始时刻虚拟控制节点的坐标。