發(fā)布時(shí)間：2020-05-28 08:22

【摘要】：隨著無(wú)線通信和電子技術(shù)的發(fā)展,無(wú)人機(jī)因其靈活性高、自主性強(qiáng)和易部署等優(yōu)點(diǎn)逐步應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,如偵察巡邏、搜索救援、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和遙感遙測(cè)等。多無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)能彌補(bǔ)單無(wú)人機(jī)能力有限的不足,使任務(wù)更高效的完成,同時(shí)提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性,得到各界的廣泛關(guān)注。編隊(duì)是無(wú)人機(jī)協(xié)同作業(yè)的主要形式,無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)編隊(duì)控制的有效手段,同時(shí),分簇是對(duì)無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)進(jìn)行管理與控制的重要手段。無(wú)人機(jī)在一塊區(qū)域上協(xié)作執(zhí)行任務(wù)時(shí),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(wú)人機(jī)盡量分散,進(jìn)而會(huì)影響無(wú)人機(jī)間的通信,這會(huì)給無(wú)人機(jī)的組網(wǎng)和分簇帶來(lái)新的問題。為此,本文對(duì)無(wú)人機(jī)的編隊(duì)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了研究,并針對(duì)區(qū)域覆蓋任務(wù),設(shè)計(jì)了無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)的分簇機(jī)制。主要工作如下:1)分析并總結(jié)了無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)的編隊(duì)控制模型。針對(duì)五種編隊(duì)控制策略(基于勢(shì)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(duì)保持與重組、任務(wù)更新和編隊(duì)可靠性三個(gè)方面,分析了不同無(wú)人機(jī)編隊(duì)控制策略的特點(diǎn)和對(duì)通信組網(wǎng)的需求。2)針對(duì)無(wú)人機(jī)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(dòng)控制的分簇機(jī)制。虛擬力的設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了節(jié)點(diǎn)間的連通性和覆蓋效率,基于此設(shè)計(jì)了簇外移動(dòng)控制、簇內(nèi)移動(dòng)控制和簇間移動(dòng)控制,分別應(yīng)用于不同節(jié)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該機(jī)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(shí)對(duì)分簇的穩(wěn)定性有極大提高。3)考慮應(yīng)用對(duì)節(jié)點(diǎn)間時(shí)延的要求,首先對(duì)無(wú)人機(jī)節(jié)點(diǎn)間的多跳時(shí)延進(jìn)行了建模,然后為最大化無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)的區(qū)域覆蓋性能,提出了一個(gè)時(shí)延約束條件下的分簇、相對(duì)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(biāo)下降算法提出了一個(gè)迭代算法,并證明了其收斂性。針對(duì)基于此算法的高覆蓋效率機(jī)制進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,此機(jī)制能在保證時(shí)延要求的條件下,有效優(yōu)化編隊(duì)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(shí)延約束和干擾率對(duì)系統(tǒng)各性能的影響。
【圖文】：

點(diǎn)就相當(dāng)于整個(gè)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(dòng)策略與逡逑簇內(nèi)移動(dòng)控制相似。簇頭直接或間接的跟隨匯聚節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)以保持連接。在此逡逑策略中，每個(gè)簇頭跟隨其“下一跳”到匯聚節(jié)點(diǎn)的簇頭，如圖３－４所示。逡逑然而，，簇結(jié)構(gòu)會(huì)隨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而變化，兩個(gè)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(cè)的連接距離來(lái)估計(jì)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(cè)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(gè)簇和簇內(nèi)移動(dòng)控制逡逑３．３．４．３簇間移動(dòng)控制逡逑為了保持與匯聚節(jié)點(diǎn)的連通，簇間的通信是必需的。根據(jù)簇內(nèi)移動(dòng)控制，逡逑一個(gè)簇的移動(dòng)可以看作是相應(yīng)簇頭的移動(dòng)。因?yàn)榉执鼐W(wǎng)絡(luò)的分級(jí)結(jié)構(gòu)，匯聚節(jié)逡逑點(diǎn)就相當(dāng)于整個(gè)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(dòng)策略與逡逑簇內(nèi)移動(dòng)控制相似。簇頭直接或間接的跟隨匯聚節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)以保持連接。在此逡逑策略中，每個(gè)簇頭跟隨其“下一跳”到匯聚節(jié)點(diǎn)的簇頭，如圖３－４所示。逡逑然而，簇結(jié)構(gòu)會(huì)隨節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而變化，兩個(gè)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(cè)的連接距離來(lái)估計(jì)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(cè)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;V249

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8 呂迅z

本文編號(hào)：2684976