一种无人艇海上通信信道自适应选择方法技术

本发明专利技术公开了一种无人艇海上通信信道自适应选择方法，包括以下步骤：获取无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路；根据无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路，预估当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息；根据无人艇的预估位置信息，计算无人艇所在位置不同通信信道的质量；根据预估的通信信道的质量，确定无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道。对无人艇当前时间间隔预设时间后的所在位置进行预估得到无人艇的预估位置，然后确定预估位置通信信道质量最优的通信信道作为无人艇在该预估位置的通信信道，保证了数据传输的实时性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种无人艇海上通信信道自适应选择方法
本专利技术涉及海上通信
，尤其涉及一种无人艇海上通信信道自适应选择方法。
技术介绍
无人艇是一种具有自主性的小型水面平台，在民事领域具有广阔的发展前景。在水面上工作的无人艇需要与位于水面上的中继站以及位于岸边的基站进行实时通信，回传无人艇的实时状态信息以及采集到的数据信息，同时接受岸上控制中心下达的命令。由于无人艇工作水面的多样性和复杂性，使得无人艇与中继站和基站之间的通信信道受到外界干扰导致通信质量下降，导致数据传输产生时延，严重的甚至导致通信中断。现有的技术中通常判断正在传输数据的通信信道的质量是否小于阈值，若小于阈值则进行通信信道的切换，在上述判断切换过程中，存在着一定的时延，导致数据传输的实时性和稳定性较差。例如，中国专利文献CN105263173A公开了“信道切换方法及装置”，包括如下步骤：获取第一信道的质量参数的当前取值；当所述当前取值与所述质量参数的标准取值之间的差值大于预定数值时，从所述第一信道切换至第二信道。上述专利的不足之处在于当在线传输的通信信道的质量低于设定阈值时才进行通信信道的切换，切换过程中存在着时延，导致数据传输的实时性和稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有的无人艇通信过程中，当在线传输的通信信道的质量低于设定阈值时才进行通信信道的切换，切换过程中存在着时延，导致数据传输的实时性和稳定性较差的技术问题；提供一种无人艇海上通信信道自适应选择方法，对无人艇当前时间间隔预设时间后的所在位置进行预估得到无人艇的预估位置，然后确定预估位置通信信道质量最优的通信信道作为无人艇在该预估位置的通信信道，保证了数据传输的实时性和稳定性。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括以下步骤：S1、获取无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路；S2、根据所述无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路，预估当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息；S3、根据所述无人艇的预估位置信息，计算无人艇所在位置不同通信信道的质量；S4、根据所述的预估的通信信道的质量，确定无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道。对无人艇当前时间间隔预设时间后的所在位置进行预估得到无人艇的预估位置，然后确定预估位置通信信道质量最优的通信信道作为无人艇在该预估位置的通信信道，无需在只有当在线传输的通信信道的质量低于设定阈值时才进行通信信道的切换，保证了数据传输的实时性和稳定性。作为优选，所述的步骤S2具体包括：根据无人艇的运行速度v和预设时间△t，求取预设时间内无人艇的最大前进距离Smax＝v×△t；根据无人艇的运行速度v、预设时间△t和海上航行环境影响因素η，求取预设时间内无人艇的最小前进距离Smin＝v×△t×η；在无人艇的任务行驶线路中对无人艇的当前位置信息进行标注，将沿行驶方向距离当前无人艇的位置信息Smin处的位置信息标注为无人艇的最近预估位置信息，将沿行驶方向距离当前无人艇的位置信息Smax处的位置信息标注为无人艇的最远预估位置信息；在无人艇的任务行驶线路中，无人艇的最近预估位置信息与无人艇的最远预估位置信息之间的位置信息即为当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息。由于无人艇工作海面的多样性和负载性，因此无人艇的预估位置信息为多个位置信息的集合，最大程度保证了无人艇的预估位置的准确性，进而保证了最优通信信道的选择准确性。作为优选，所述的海上航行环境影响因素η通过以下步骤计算获取：获取风致漂移量：其中，K为系数，Ba为无人艇的船体水线上侧受风面积，Bw为无人艇的船体水线下侧受风面积，v为无人艇的运行速度，va为相对风速，△t为预设时间；获取流致漂移量：△Bc＝vc·△t·sinα，其中，vc为流速，α为流压角，△t为预设时间；根据风向和风致漂移量获取风向向量a，根据水流向和流致漂移量获取水流向向量c，根据风向向量a和水流向向量c求取向量ac；计算海上航行环境影响因素η＝sinθ，其中θ为向量ac与无人艇的行驶方向的单向量之间的夹角。作为优选，所述的步骤S3具体包括：S31、根据无人艇的预估位置信息，筛选出通信范围包含所述无人艇的预估位置的通信信道；S32、根据天气情况、无人艇的任务行驶线路以及无人艇的预估位置信息，从数据库中提取筛选出的各通信信道所对应的评价指标；S33、根据所述评价指标对通信信道进行质量评估，获取通信信道的质量评估值；S34、将质量评估值最优的通信信道确定为无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道。作为优选，所述的步骤S32中的数据库包括相关联的任务行驶线路、任务行驶线路上的位置信息、天气情况和评价指标，其中所述评价指标包括信道容量C、传输时延τ和传输资费Q：C＝B×log2(1+S/N)，其中，B表示带宽，S表示信号平均功率，N表示噪声功率，10×lg(S/N)＝信噪比；τ＝τdp+τdt＝M/V+L/R，其中，τdp表示传播时延，τdt表示传输时延，M表示信道长度，V表示信道上的传播速度，L表示数据帧长度，R表示信道带宽；Q＝I·u/CI，其中，I表示传输数据量，u表示单位时间内信道的租用价格，CI表示传输速率。作为优选，所述的步骤S33具体包括：计算信道容量C的评估值：其中表示第m条通信信道的信道容量评估值，Cm表示第m条通信信道的信道容量，{C1,C2,…,Cn}max表示n条通信信道中的信道容量的最大值，{C1,C2,…,Cn}min表示n条通信信道中的信道容量的最小值，m＝1,2，…n；计算传输时延τ的评估值：其中表示第m条通信信道的传输时延评估值，τm表示第m条通信信道的传输时延，{τ1,τ2,…,τn}max表示n条通信信道中的传输时延的最大值，{τ1,τ2,…,τn}min表示n条通信信道中的传输时延的最小值，m＝1,2，…n；计算传输资费Q的评估值：其中表示第m条通信信道的传输资费评估值，Qm表示第m条通信信道的传输资费，{Q1,Q2,…,Qn}max表示n条通信信道中的传输资费的最大值，{Q1,Q2,…,Qn}min表示n条通信信道中的传输资费的最小值，m＝1,2，…n；计算通信信道的质量评估值:其中Pm表示第m条通信信道的质量评估值，f1表示信道容量C的评估值的权重系数，f2表示传输时延τ的评估值的权重系数，f3表示传输资费Q的评估值的权重系数。作为优选，所述的步骤S34还包括：将各条通信信道按照其所对应的质量评估值进行降序排列，排序首位的通信信道确定为无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道，排序第二、第三的通信信道确实为备用通信信道。增加备用通信信道，防止最优通信信道出现故障时无法及时进行通信信道的切换，保证了数据传输的实时性和稳定性。...

【技术保护点】
1.一种无人艇海上通信信道自适应选择方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路；/nS2、根据所述无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路，预估当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息；/nS3、根据所述无人艇的预估位置信息，计算无人艇所在位置不同通信信道的质量；/nS4、根据所述的预估的通信信道的质量，确定无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道。/n

【技术特征摘要】
1.一种无人艇海上通信信道自适应选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路；
S2、根据所述无人艇的运行状态、位置信息以及无人艇的任务行驶线路，预估当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息；
S3、根据所述无人艇的预估位置信息，计算无人艇所在位置不同通信信道的质量；
S4、根据所述的预估的通信信道的质量，确定无人艇在当前时间间隔预设时间后所使用的通信信道。


2.根据权利要求1所述的一种无人艇海上通信链路自适应选择方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
根据无人艇的运行速度v和预设时间△t，求取预设时间内无人艇的最大前进距离Smax＝v×△t；
根据无人艇的运行速度v、预设时间△t和海上航行环境影响因素η，求取预设时间内无人艇的最小前进距离Smin＝v×△t×η；
在无人艇的任务行驶线路中对无人艇的当前位置信息进行标注，将沿行驶方向距离当前无人艇的位置信息Smin处的位置信息标注为无人艇的最近预估位置信息，将沿行驶方向距离当前无人艇的位置信息Smax处的位置信息标注为无人艇的最远预估位置信息；
在无人艇的任务行驶线路中，无人艇的最近预估位置信息与无人艇的最远预估位置信息之间的位置信息即为当前时间间隔预设时间后无人艇的预估位置信息。


3.根据权利要求2所述的一种无人艇海上通信链路自适应选择方法，其特征在于，所述海上航行环境影响因素η通过以下步骤计算获取：
获取风致漂移量：
其中，K为系数，Ba为无人艇的船体水线上侧受风面积，Bw为无人艇的船体水线下侧受风面积，v为无人艇的运行速度，va为相对风速，△t为预设时间；
获取流致漂移量：△Bc＝vc·△t·sinα，
其中，vc为流速，α为流压角，△t为预设时间；
根据风向和风致漂移量获取风向向量a，根据水流向和流致漂移量获取水流向向量c，根据风向向量a和水流向向量c求取向量ac；
计算海上航行环境影响因素η＝sinθ，其中θ为向量ac与无人艇的行驶方向的单位向量之间的夹角。


4.根据权利要求1所述的一种无人艇海上通信链路自适应选择方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31、根据无人艇的预估位置信息，筛选出通信范围包含所述无人艇的预估位置的通信信道；
S32、根据天气情况、无人艇的任务行驶线路以及无人艇的预估位置信息，从数据库中提取筛选出的各通信信道所对应的评价指标；
S33、根据所述评价指标对通信信道进行质量评估，获取通信信道的质量评估值；
S34、将质量评估值最优的通信信道确定为无人艇在...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建英，许惠，王晨，陈亮，马赛男，卲汉东，
申请(专利权)人：浙江嘉蓝海洋电子有限公司，中电科宁波海洋电子研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33