无人机集群的无线紫外光通信网络抗干扰容错方法技术

无人机集群的无线紫外光通信网络抗干扰容错方法，结合3Dk

【技术实现步骤摘要】
无人机集群的无线紫外光通信网络抗干扰容错方法


[0001]本专利技术属于无线光通信
，具体涉及无人机集群的无线紫外光通 信网络抗干扰容错方法。

技术介绍

[0002]随着高科技技术的发展，现代化先进武器在军事领域得到广泛应用。在 现代化军事战争中，信息战将成为一种新的作战方式，因此，隐秘通信显得 尤为重要，特别是无人机集群间的隐秘通信。在战场环境中，集群间如何实 现隐秘传输战场信息，分配作战任务，发布协同作战命令成为目前研究的重 点。
[0003]目前军事作战中常使用无线电通信、有线通信和光通信等，有线通信需 要架设电线，不灵活，易遭到破坏，且集群处于不断移动的过程，有线通信 无法满足要求，在隐秘行动过程中，使用常规无线电通信易被截收和监听， 据此确定作战集群的位置和可能的行动，不能保证无人机集群的隐蔽性。光 通信中的无线紫外光通信具有抗干扰能力和近距离通信方式，满足隐秘通信 要求，但在复杂山林地区，集群间端到端的通信链路由于距离较远，或者收 发端自身功率衰减以及障碍物等的影响发生断开，造成接收端不能及时的接 收分配作战任务，影响集群间整体的协作能力。

技术实现思路

[0004]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供无人机集群的无线紫 外光通信网络抗干扰容错方法，解决了现有的无线紫外光隐秘通信链路因距 离或者障碍物等的影响易发生断开而造成接收端不能及时接收分配作战任 务的问题，具有提高无线紫外光网络数据转发的正确率以及目的节点正确还 原源信息的概率的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：无人机集群的无线紫外光 通信网络抗干扰容错方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，在三维空间中建立无线紫外光网络拓扑图G(V,E)，V为紫外光 收发节点，E节点间可通信链路；
[0007]步骤2，分析无线紫外光通信网络链路干扰，建立紫外光非直视链路干 扰模型；
[0008]步骤3，根据无线紫外光链路模型，确定共面和不共面情况下的路径损 耗公式，建立NLOS(a)紫外光网络干扰模型；
[0009]步骤4，步骤3中紫外光链路模型存在的无线紫外光网络的干扰问题， 本步骤采用三维无线紫外光网络抗干扰的容错拓扑控制算法，容错拓扑控制 算法包括以下两个阶段，第一阶段，使用3D k
‑
YG分布式方法构建三维无线 紫外光k
‑
连通网络拓扑，第二阶段，通过删除网络拓扑中的冗余链路，生 成容错拓扑图，最后采用优化粒子群寻优算法方法求解得到最优解，实现紫 外光通信网络拓扑功率最佳分配。
[0010]本专利技术的特点还在于，
[0011]步骤2的具体过程如下：
[0012]本文采用无线紫外光通信网络接收干扰模型对紫外光通信网络节点间的 干扰进行量化。
[0013]节点干扰等于网络拓扑中紫外光通信链路覆盖的节点数。
[0014]I(u)＝|{v∈V\{u}|‖v，u‖≤R
v
}|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]链路干扰等于网络中覆盖该链路任意一个端点的节点数。
[0016]I(e)＝|{w∈V\{u，v}|‖w，u‖≤R
w or‖w，v‖≤R
w
}|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]图1是无线紫外光NLOS通信链路示意图，Tx为紫外光发射端，Rx为 紫外光接收端，θ1为光束发送仰角，φ1为紫外光束发散角，θ2为光束接收仰 角，φ2为接收视场角，V为紫外光通信散射体，r是收发端的距离，r1是发送 端到散射体的距离，r2是散射体到接收端的距离。Tx以φ1为发散角和θ1发送 仰角向空间发射紫外光信号，通信信号经过散射体散射后，Rx以φ2为接收视 场角和θ2接收仰角接收通信信号。无线紫外光接收器接收的功率为(3)：
[0018][0019]其中P
t
表示发射端发送紫外光信号的功率，K
e
＝K
a
+K
s
表示紫外光在大气粒子 中的衰减系数，K
a
是紫外光吸收系数，K
s
是粒子散射系数，A
r
是粒子接收 孔径大小，P
s
是散射相函数。
[0020]无线紫外光信号在大气中进行散射通信衰减十分严重，信号传输功率受 限。利用无线紫外光组网通信可以通过信号多跳传输的方式增大散射通信范 围，组网通信可以将紫外光非直视通信方式的优势扩大，体现散射通信的特 点。无人机集群中采用紫外光节点形成网络拓扑传输信息时，网络拓扑的通 信区域由集群中紫外光节点的通信覆盖范围决定，网络拓扑中紫外光节点之 间会产生干扰影响通信效果。将路径损耗、误码率和信噪比作为紫外光网络 拓扑通信性能的评价指标。如图2所示，可将无线紫外光网络拓扑的链路分 为三种情况。图2(a)属于平行链路模式；图2(b)是垂直链路方式，发送端Tx1 和Tx2发生相对移动重合时也可看作为垂直链路；图2(c)表示交叉链路，两 条通信链路之间存在夹角，平行链路可以看作夹角为180
°
交叉链路，垂直链 路是夹角为90
°
的交叉链路。与此相似，在图2的三种链路通信方式下存在三 种链路干扰，如果Rx1在Tx1和Tx2的通信范围内，Rx1不仅会接收到Tx1发送 的信号，而且会接收到Tx2发出的通信信号，Tx2发出的信号对于Rx1来说就 是干扰信号。
[0021]步骤3中非共面紫外光网络干扰模型如下：
[0022]紫外光通信网络拓扑的实际应用中，根据通信节点的收发位置可分为共 面与不共面两种，共面和非共面情况下的路径损耗分别如公式(4)和公式(5) 所示。
[0023]L
coplanar
＝ξr
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]L
noncoplanar
＝ξr
α
exp(bφ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0025]其中ξ表示紫外光路径损耗因子，α是通信链路损耗指数，φ表示紫外光发送 端的偏轴角，b是通信链路因子。
[0026]图3是无线紫外光非共面链路干扰示意图，工作链路Tx1
‑
Rx处于共面位 置，干扰链路Tx2
‑
Rx处于非共面位置，可称为单干扰情况下的单工作通信链 路。椎体Tx2和椎体Rx相交的截面是如图3右上方的圆，当工作链路正在进 行通信时，如果Tx2发送紫外光信号，
Rx将同时接收到Tx1和Tx2发送的信息， 产生链路干扰。将Tx2发散角中轴在水平面的投影恰好在Tx2
‑
Rx延长线上称 为Tx2对准Rx干扰，这是链路间最严重的干扰，其他干扰均是在此情况下产 生一定的角度偏转。
[0027]本专利技术的有益效果是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人机集群的无线紫外光通信网络抗干扰容错方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在三维空间中建立无线紫外光网络拓扑图G(V,E)，V为紫外光收发节点，E节点间可通信链路；步骤2，分析无线紫外光通信网络链路干扰，建立紫外光非直视链路干扰模型；步骤3，根据无线紫外光链路模型，确定共面和不共面情况下的路径损耗公式，建立NLOS(a)紫外光网络干扰模型；步骤4，步骤3中紫外光链路模型存在的无线紫外光网络的干扰问题，本步骤采用三维无线紫外光网络抗干扰的容错拓扑控制算法，容错拓扑控制算法主要包括两个阶段：第一阶段，使用3Dk
‑
YG分布式方法构建三维无线紫外光k
‑
连通网络拓扑；第二阶段，通过删除网络拓扑中的冗余链路，生成容错拓扑图，最后采用优化粒子群寻优算法方法求解得到最优解，实现紫外光通信网络拓扑功率最佳分配。2.根据权利要求1所述的无人机集群的无线紫外光通信网络抗干扰容错方法，其特征在于，所述的步骤2，具体做法是：采用无线紫外光通信网络接收干扰模型对紫外光通信网络节点间的干扰进行量化，节点干扰等于网络拓扑中紫外光通信链路覆盖的节点数，I(u)＝|{v∈V\{u}|‖v，u‖≤R
v
}|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)链路干扰等于网络中覆盖该链路任意一个端点的节点数，I(e)＝|{w∈V\{u，v}|‖w，u‖≤R
w
or‖w，v‖≤R
w
}|
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，u,v,w紫外光网络节点集合V中的节点，e表示网络中的一条链路，R
i
为节点i的通信半径，Tx为紫外光发射端，Rx为紫外光接收端，θ1为光束发送仰角，φ1为紫外光束发散角，θ2为光束接收仰角，φ2为接收视场角，V为紫外光通信散射体，r是收发端的距离，r1是发送端到散射体的距离，r2是散射体到接收端的距离，Tx以φ1为发散角和θ1发送仰角向空间发射紫外光信号，通信信号经过散射体散射后，Rx以φ2为接收视场角和θ2接收仰角接收通信信号，无线紫外光接收器接收的功率为式(3)：其中，P
t
表示发射端发...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，宋世渊，党彬超，张雯，李晖，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：