基于空地连接受限的无人机飞行与通信策略设计研究
发布时间：2021-10-16 04:04
得益于无人机的低成本、机动性与灵活性,无人机已被广泛应用于各个领域。无人机与控制端的可靠通信连接是无人机的安全飞行与作业的关键前提,然而无人机高速的位置变化会导致无人机面临连接受限、中断的问题。为解决无人机的连接性问题,本文围绕网联无人机的蜂窝连接限制以及无人机辅助信息收发的连接限制两个场景,在保证通信服务质量的前提下实现完成飞行任务的路径最优化。具体内容归于以下两个方面:1.网联无人机的轨迹优化策略研究。假设无人机作为空中用户与基站保持实时通信来保证飞行安全和信息传输。针对网联无人机的连接限制,我们首先根据连接限制条件对无人机飞行路径进行可行性分析并确定合适的基站序列,然后根据三角不等式原理不断更新无人机在基站之间的切换点优化飞行路径,接着提出无人机路径最优化时转向切换点和非转向切换点的定义及产生位置,最后形成了三角不等式迭代算法。仿真结果表明,我们的算法相较于其它优化算法的算法复杂度低,且该算法能明显减少无人机的飞行路径长度。2.多无人机组播传输的轨迹优化策略研究。无人机可以作为空中基站对特定区域的物联网设备进行信息收集/数据分发,组播技术可以快速实现一对多的信息传输。我们在保证通...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１网联无人机工作示意图??现阶段蜂窝网络发展到第四代，现阶段４Ｇ满足对带宽和延时不敏感的业务，??但尚不支持高速率、低延时的特定场景，如无人机直播，编队，自主飞行等
?第２章无人机通信系统理论基础???＜?＞■主要ＣＮＰＣ链路賢？下．星??＜?＞次要ＣＮＰＣ链路?？?＼??＜?＞＞?数据链路?’／?＼??／?／?、??／?１?、??地面控制站?地面终端??图２．２无人机通信链路架构??ＣＮＰＣ链路主要用于无人机与地面控制站的安全可靠通信，以保证无人机在??空中安全可靠的飞行，该通信链路对速率的要求较低。为了保证安全性，ＣＮＰＣ??链路一般在专属频段内运行，目前分配给无人机ＣＮＰＣ链路的是Ｌ频段和Ｃ频??段。ＣＮＰＣ链路是一条双向链路，通过该链路无人机与地面控制站之间可以交换??关键的飞行信息。ＣＮＰＣ链路主要传输三类信息：地面控制站下发无人机的指挥??和控制信息，无人机上传给地面站关于无人机飞行状态的信息，无人机之间相??互感知和规避信息。无人机与地面控制站之间形成的通信链路作为主要通信链??路，但是在很多地方建立专门建立无人机地面站的成本太大，连接比较困难。??通过卫星连接或使之作为主要ＣＮＰＣ链路的辅助手段可以提高覆盖范围和飞行??的可靠性。在绝大多数情况下，无人机与地面控制站之间使用主要ＣＮＰＣ链路，??在主要通信链路信号比较衰弱或条件不允许时，可以采取卫星中继的次要ＣＮＰＣ??链路进行通信。数据链路主要传输非安全控制方面的信息。数据链路可以广泛??应用于远程监控等方面，无人机可以实时将采集的数据信息回传到地面控制站，??相对于ＣＮＰＣ链路，该通信链路对时延有较低的需求和较高的带宽要求。??１０??
?第２章无人机通信系统理论基础???２．３三角不等式??我们通过三角不等式不断优化无人机的飞行轨迹。三角形两边之和大于第??三边。两点之间线段最短。证明ＡＢ＋ＡＯＢＣ。??如图２．３所示，在ＡＡＢＣ，延长ＢＡ至Ｄ点，ＡＣ＝ＡＤ，即ＢＡ＋ＡＯＢＡ＋ＡＤ。??△?ＢＣＤ构成一个新的三角形，ＡＡＤＣ也是一个等腰三角形。ＺＡＤＣ＝ＺＡＣＤ．?Ｚ??ＢＣＤ＞ＺＢＤＡ．，根据三角形里的大角对人边的原则ＢＤ＞ＢＣ于是ＢＡ＋ＡＤ＞ＢＣ。??所以?ＢＡ＋ＡＯＢＣ。??图２．３三角不等式证明示意图??２．４广度优先搜索算法??广度优先搜索是对每一层的所有相邻的顶点进行搜索，直到找到终点为止。??在这个搜索过程中，广度优先搜索会对所有的邻接点进行了访问，因此当广度??优先搜索完成后，就可以知道有这样的一条最短路径可以到达顶点。广度优先??搜索算法Ｍ于层次化的搜索算法，首先对相同层次的所有顶点进行搜索，在完??成该节点的搜索以后才会进行下一节点的搜索。在搜索的过程中，每个节点都??只会被搜索一次。如图２．４所示，从顶点找到最短顶点Ｋ？首先从顶点出??发，然后遍历与０相邻的所有节点１和２，层次性的向外扩展，然后继续遍历１??和２的所有下一节点３，４，５。在完成遍历后继续遍历３，４，５下一层次的所有相邻节??点，最终找到顶点ｈ第一次找到顶点Ｆ时便包含了最短路径。??１１??
本文编号：3439110
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１网联无人机工作示意图??现阶段蜂窝网络发展到第四代，现阶段４Ｇ满足对带宽和延时不敏感的业务，??但尚不支持高速率、低延时的特定场景，如无人机直播，编队，自主飞行等
?第２章无人机通信系统理论基础???＜?＞■主要ＣＮＰＣ链路賢？下．星??＜?＞次要ＣＮＰＣ链路?？?＼??＜?＞＞?数据链路?’／?＼??／?／?、??／?１?、??地面控制站?地面终端??图２．２无人机通信链路架构??ＣＮＰＣ链路主要用于无人机与地面控制站的安全可靠通信，以保证无人机在??空中安全可靠的飞行，该通信链路对速率的要求较低。为了保证安全性，ＣＮＰＣ??链路一般在专属频段内运行，目前分配给无人机ＣＮＰＣ链路的是Ｌ频段和Ｃ频??段。ＣＮＰＣ链路是一条双向链路，通过该链路无人机与地面控制站之间可以交换??关键的飞行信息。ＣＮＰＣ链路主要传输三类信息：地面控制站下发无人机的指挥??和控制信息，无人机上传给地面站关于无人机飞行状态的信息，无人机之间相??互感知和规避信息。无人机与地面控制站之间形成的通信链路作为主要通信链??路，但是在很多地方建立专门建立无人机地面站的成本太大，连接比较困难。??通过卫星连接或使之作为主要ＣＮＰＣ链路的辅助手段可以提高覆盖范围和飞行??的可靠性。在绝大多数情况下，无人机与地面控制站之间使用主要ＣＮＰＣ链路，??在主要通信链路信号比较衰弱或条件不允许时，可以采取卫星中继的次要ＣＮＰＣ??链路进行通信。数据链路主要传输非安全控制方面的信息。数据链路可以广泛??应用于远程监控等方面，无人机可以实时将采集的数据信息回传到地面控制站，??相对于ＣＮＰＣ链路，该通信链路对时延有较低的需求和较高的带宽要求。??１０??
?第２章无人机通信系统理论基础???２．３三角不等式??我们通过三角不等式不断优化无人机的飞行轨迹。三角形两边之和大于第??三边。两点之间线段最短。证明ＡＢ＋ＡＯＢＣ。??如图２．３所示，在ＡＡＢＣ，延长ＢＡ至Ｄ点，ＡＣ＝ＡＤ，即ＢＡ＋ＡＯＢＡ＋ＡＤ。??△?ＢＣＤ构成一个新的三角形，ＡＡＤＣ也是一个等腰三角形。ＺＡＤＣ＝ＺＡＣＤ．?Ｚ??ＢＣＤ＞ＺＢＤＡ．，根据三角形里的大角对人边的原则ＢＤ＞ＢＣ于是ＢＡ＋ＡＤ＞ＢＣ。??所以?ＢＡ＋ＡＯＢＣ。??图２．３三角不等式证明示意图??２．４广度优先搜索算法??广度优先搜索是对每一层的所有相邻的顶点进行搜索，直到找到终点为止。??在这个搜索过程中，广度优先搜索会对所有的邻接点进行了访问，因此当广度??优先搜索完成后，就可以知道有这样的一条最短路径可以到达顶点。广度优先??搜索算法Ｍ于层次化的搜索算法，首先对相同层次的所有顶点进行搜索，在完??成该节点的搜索以后才会进行下一节点的搜索。在搜索的过程中，每个节点都??只会被搜索一次。如图２．４所示，从顶点找到最短顶点Ｋ？首先从顶点出??发，然后遍历与０相邻的所有节点１和２，层次性的向外扩展，然后继续遍历１??和２的所有下一节点３，４，５。在完成遍历后继续遍历３，４，５下一层次的所有相邻节??点，最终找到顶点ｈ第一次找到顶点Ｆ时便包含了最短路径。??１１??
本文编号：3439110
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3439110.html
