【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机轨迹设计领域，具体涉及一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法及系统。
技术介绍
1、随着无人机技术的迅速发展，无人机在各种领域得到广泛应用，包括物流配送、农业植保、灾害监测等。特别是在自然灾害和重大事故发生时，无人机能够充当空中基站的角色，快速建立临时通信链路，实现及时、经济地传递信息。此外，无人机具有较高的机动性和可操作性，能够根据实际环境和地形调整飞行轨迹，从而提高系统性能。
2、在利用无人机搭建临时通信链路时，需要考虑到无人机飞行过程中可能遇到的禁飞区域或特殊要求的区域，如机场、军事基地、政府机关等。同时，多架无人机同时飞行时，还需要考虑空中交通规划与协同飞行的问题。然而，传统的无人机飞行路径规划方法主要关注轨迹的最短或最优化，无法解决复杂飞行条件下的协同飞行感知以及禁飞区域的飞行路径规划问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法及系统。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，包括：
3、初始化地图参数，其中，所述地图参数包括传感目标坐标、无人机每个时隙位置、无人机天线数量、无人机所允许的最大发射功率、无人机飞行高度和无人机飞行速度；
4、基于每个地面基站的信道增益图构建无线电地图，其中，信道增益图表示地面基站与无人机之间的大规模增益的分布；
6、根据所述可行网格图划分禁飞区域中的最小外包圆，并得到所述最小外包圆的半径和圆心位置信息；
7、获取无人机与感知目标和数据收集中心的信道增益，并基于所述最小外包圆构建无人机位置约束条件；
8、根据通信约束条件对无人机位置约束条件进行优化得到最大感知的雷达互信息量最大化情况下的轨迹和波束赋形。
9、在一个具体实施方式中，对所述无线电地图进行预处理以得到可行网格图，包括：
10、将无线电地图的空间域离散化为具有有限粒度δd的网格以使每个网格单元内的信道增益恒定；
11、判断每个地面基站与具有有限粒度δd的用户位置之间的信号是否被建筑物阻挡以确定连接无人机和地面基站的可能射线对为视距信道或非视距信道；
12、根据视距信道和非视距信道对应的信道参数对信道进行建模以根据信道建模得到可行网格图。
13、在一个具体实施方式中，地面基站的信道增益图表示为：
14、
15、其中表示第s个地面基站与离散化的二维空间中每个位置之间的大规模信道增益，表示网格坐标的集合，其中，的大小由二维空间中的有限粒度δd确定，任意位置的网格单元表示为：
16、
17、其中，表示集合中的参考位置。
18、在一个具体实施方式中，所述信道建模为：
19、其中，0表示射线对p属于非视距信道，1表示视距信道，建筑物的二维坐标集合表示为sc表示坐标c＝{xc,yc}处射线的高度，zc表示坐标c处建筑物的高度。
20、在一个具体实施方式中，根据所述可行网格图划分禁飞区域中的最小外包圆，并得到所述最小外包圆的半径和圆心位置信息，包括：
21、从所述可行网格图钟获得区域中的所有位置与所有s个地面基站之间的大规模信道增益图；
22、根据所述大规模信道增益图计算相应位置的预期snr值；
23、根据所述预期snr值将无线电地图在区域凹口处进行凸分解得到若干分区；
24、找到每个分区所对应能最大程度上覆盖每个分区的最小外包圆的半径和圆心位置信息，将每个最小外包圆所对应的圆柱形区域确定为禁飞区域。
25、在一个具体实施方式中，在区域凹口处进行凸分解得到若干分区包括：
26、当一个区域的面积小于需求面积时，在这个区域内扫描并划分直线，直到达到所需的面积为止，如果划分的直线与另一个边界重合后仍然不能满足要求，则平行地将直线移到另一个边界上，直到两个划分区域的面积之和等于需求面积，如果这个区域的面积大于需求面积，则以凹点为轴，在其中一个凸多边形内逆时针扫描并划分，直到得到需求面积，将满足面积需求的区域保留，其余部分将作为一个整体继续划分，直到最终划分出n-1个分区。
27、在一个具体实施方式中，无人机与数据采集中心的通信链路在时隙n的功率增益可表示为：
28、
29、无人机与感知节点m之间在时隙n的雷达探测链路功率增益表示为：
30、
31、其中，gt和gc表示无人机发射器和通信接收器的天线增益；表示无人机到数据采集中心的距离。gr表示无人机雷达接收器的天线增益，η表示目标的雷达截面(rcs)；表示无人机到感知目标的距离；
32、在一个具体实施方式中，无人机位置约束条件为：
33、
34、q[1]＝qi,q[n]＝qf
35、
36、其中vm为最大速度，qi和qf分别表示无人飞行器的初始位置和最终位置，qj为半径的禁飞区域最小外包圆。
37、在一个具体实施方式中，所述通信约束条件为：
38、
39、其中，rm，rad[]表示无人机在时隙n对感知节点m的雷达估计速率，rk，com[]表示无人机到数据采集中心的信息速率。
40、本专利技术同时提供一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计系统，包括：
41、初始化模块，用于初始化地图参数，其中，所述地图参数包括传感目标坐标、无人机每个时隙位置、无人机天线数量、无人机所允许的最大发射功率、无人机飞行高度和无人机飞行速度；
42、无线电地图构建模块，用于基于每个地面基站的信道增益图构建无线电地图，其中，信道增益图表示地面基站与无人机之间的大规模增益的分布；
43、可行网格图处理模块，用于对所述无线电地图进行预处理以得到可行网格图；
44、禁飞区域划分模块，用于根据所述可行网格图划分禁飞区域中的最小外包圆，并得到所述最小外包圆的半径和圆心位置信息；
45、约束条件计算模块，用于获取无人机与感知目标和数据收集中心的信道增益，并基于所述最小外包圆构建无人机位置约束条件；
46、轨迹确定模块，用于根据通信约束条件对无人机位置约束条件进行优化得到最大感知的雷达互信息量最大化情况下的轨迹和波束赋形。
47、本专利技术的有益效果：
48、本专利技术的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法通过基于无线电地图的禁飞区域划分，将不规则非凸区域转化为凸多边形区域的最小外包圆形式，从而进行问题约束，本专利技术提出的方案在复杂感知通信场景下更具有操作性和实用性。此外，综合考虑无线电地图的禁飞区域、无人机感知范围、无人机感知的雷达互信息量与通信信息量的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，对所述无线电地图进行预处理以得到可行网格图，包括：
3.根据权利要求2所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，地面基站的信道增益图表示为：
4.根据权利要求2所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，所述信道建模为：
5.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，根据所述可行网格图划分禁飞区域中的最小外包圆，并得到所述最小外包圆的半径和圆心位置信息，包括：
6.根据权利要求5所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，在区域凹口处进行凸分解得到若干分区包括：
7.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，无人机与数据采集中心的通信链路在时隙n的功率增益可表示为：
8.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机
9.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，所述通信约束条件为：
10.一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，对所述无线电地图进行预处理以得到可行网格图，包括：
3.根据权利要求2所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，地面基站的信道增益图表示为：
4.根据权利要求2所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，所述信道建模为：
5.根据权利要求1所述的基于无线电地图的无人机通感一体化轨迹设计方法，其特征在于，根据所述可行网格图划分禁飞区域中的最小外包圆，并得到所述最小外包圆的半径和圆心...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴法辉，汪义非，徐瑜，杨鼎成，肖霖，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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