【摘要】：隨著無線通信和電子技術(shù)的發(fā)展,無人機因其靈活性高、自主性強和易部署等優(yōu)點逐步應(yīng)用于各個領(lǐng)域,如偵察巡邏、搜索救援、精準農(nóng)業(yè)和遙感遙測等。多無人機協(xié)同作業(yè)能彌補單無人機能力有限的不足,使任務(wù)更高效的完成,同時提高系統(tǒng)的容錯性,得到各界的廣泛關(guān)注。編隊是無人機協(xié)同作業(yè)的主要形式,無人機自組網(wǎng)是實現(xiàn)編隊控制的有效手段,同時,分簇是對無人機自組網(wǎng)進行管理與控制的重要手段。無人機在一塊區(qū)域上協(xié)作執(zhí)行任務(wù)時,區(qū)域覆蓋是重要且常見的任務(wù)要求。覆蓋效率的提高要求無人機盡量分散,進而會影響無人機間的通信,這會給無人機的組網(wǎng)和分簇帶來新的問題。為此,本文對無人機的編隊組網(wǎng)技術(shù)進行了研究,并針對區(qū)域覆蓋任務(wù),設(shè)計了無人機自組網(wǎng)的分簇機制。主要工作如下:1)分析并總結(jié)了無人機自組網(wǎng)的編隊控制模型。針對五種編隊控制策略(基于勢函數(shù)的策略、領(lǐng)導(dǎo)跟隨者策略、虛擬結(jié)構(gòu)策略、基于一致性的策略和基于行為的策略),分別從編隊保持與重組、任務(wù)更新和編隊可靠性三個方面,分析了不同無人機編隊控制策略的特點和對通信組網(wǎng)的需求。2)針對無人機自組網(wǎng)的區(qū)域覆蓋任務(wù),基于虛擬力和領(lǐng)導(dǎo)跟隨者的思想,提出了基于移動控制的分簇機制。虛擬力的設(shè)計同時考慮了節(jié)點間的連通性和覆蓋效率,基于此設(shè)計了簇外移動控制、簇內(nèi)移動控制和簇間移動控制,分別應(yīng)用于不同節(jié)點。仿真實驗結(jié)果驗證了該機制能在保持高網(wǎng)絡(luò)連接性的情況下優(yōu)化覆蓋性能,同時對分簇的穩(wěn)定性有極大提高。3)考慮應(yīng)用對節(jié)點間時延的要求,首先對無人機節(jié)點間的多跳時延進行了建模,然后為最大化無人機自組網(wǎng)的區(qū)域覆蓋性能,提出了一個時延約束條件下的分簇、相對位置與傳輸功率的聯(lián)合優(yōu)化問題。為解決此問題,基于罰函數(shù)法和塊坐標下降算法提出了一個迭代算法,并證明了其收斂性。針對基于此算法的高覆蓋效率機制進行了仿真實驗,結(jié)果表明,此機制能在保證時延要求的條件下,有效優(yōu)化編隊的結(jié)構(gòu)和覆蓋效率。此外,還分析了不同覆蓋半徑、功率、時延約束和干擾率對系統(tǒng)各性能的影響。
【圖文】：

點就相當(dāng)于整個網(wǎng)絡(luò)的簇頭而簇頭就相當(dāng)于其中的簇成員，簇頭的移動策略與逡逑簇內(nèi)移動控制相似。簇頭直接或間接的跟隨匯聚節(jié)點的移動以保持連接。在此逡逑策略中，每個簇頭跟隨其“下一跳”到匯聚節(jié)點的簇頭，如圖３－４所示。逡逑然而，，簇結(jié)構(gòu)會隨節(jié)點的移動而變化，兩個簇頭間沒有固定的能保持連接逡逑的距離。為解決此問題，用預(yù)測的連接距離來估計當(dāng)前狀態(tài)下它們能保持連通逡逑的最大距離。逡逑假設(shè)簇頭２，跟隨，預(yù)測的通信距離％將根據(jù)它們的狀態(tài)信息周期地更逡逑新，公式如下逡逑（ｙＪ；．邋＋邋（１邋－邋ｙ）｛ｄｉｊ邋＋邋６），如果收到消息逡逑４：＝邐（３－１0）逡逑［ｄ＾ｊ邋－邋６，邐否則逡逑其中４是ａ和徏間的當(dāng)前距離，ｒ邋ｅ邋（０，１）和６邋＞邋０是待定參數(shù)。式（３－１０）表逡逑明

Ｑ＇邐、）逡逑圖３－３：自組網(wǎng)屮的一個簇和簇內(nèi)移動控制逡逑３．３．４．３簇間移動控制逡逑為了保持與匯聚節(jié)點的連通，簇間的通信是必需的。根據(jù)簇內(nèi)移動控制，逡逑一個簇的移動可以看作是相應(yīng)簇頭的移動。因為分簇網(wǎng)絡(luò)的分級結(jié)構(gòu)，匯聚節(jié)逡逑點就相當(dāng)于整個網(wǎng)絡(luò)的簇頭而簇頭就相當(dāng)于其中的簇成員，簇頭的移動策略與逡逑簇內(nèi)移動控制相似。簇頭直接或間接的跟隨匯聚節(jié)點的移動以保持連接。在此逡逑策略中，每個簇頭跟隨其“下一跳”到匯聚節(jié)點的簇頭，如圖３－４所示。逡逑然而，簇結(jié)構(gòu)會隨節(jié)點的移動而變化，兩個簇頭間沒有固定的能保持連接逡逑的距離。為解決此問題，用預(yù)測的連接距離來估計當(dāng)前狀態(tài)下它們能保持連通逡逑的最大距離。逡逑假設(shè)簇頭２，跟隨，預(yù)測的通信距離％將根據(jù)它們的狀態(tài)信息周期地更逡逑新
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V249

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8 呂迅z

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