本申请涉及一种无人机安全飞行技术领域，尤其涉及一种无人机安全飞行方法。
背景技术：
现有技术中，无人机在无线通信领域取得了越来越多的关注和应用。与传统的地面通信系统相比，无人机通信系统具有灵活机动、结构简单、移动可控等一系列优势，可以实现灵活快速部署，增强通信网络覆盖性能，极大方便无人机在无线通信系统中用来进行一系列通信操作，如作为临时空中基站来为热点地区进行数据分流，或为灾后通讯设施损坏的地区重新建立通信连接。但由于无人机续航能力极为有限，在对无人机的研究上，一般着重于无人机的轨迹优化、通信资源分配等问题。
利用多个无人机同时为地面多个用户提供服务，是未来无人机通信场景中更为普遍的方式。对多无人机协同通信系统而言，目前的研究主要体现在静止部署和无差异化多人机的研究上，无差异化即多人机之间的通信性能一致，不考虑个体差异和特殊任务场景对差异化设计的要求，这可能并不能满足一些实际的场景的需求。另外，现有技术中缺乏对无人机之间飞行安全性的探讨，比如如何有效规避无人机之间的碰撞风险。
技术实现要素：
为达到上述目的，本申请提供一种一种无人机安全飞行方法，包括以下步骤：
s1,初始化飞行轨迹：设置无人机在飞行区域内的初始飞行轨迹为圆形，以所述飞行区域的几何中心作为原点，以与地面平行的直线作为x轴，与地面垂直的直线为y轴建立坐标系，则无人机m的初始飞行轨迹的圆心为：om＝[xm,ym]t，其中t为无人机m的飞行周期；
由无人机m的飞行速度vm、和无人机m的飞行周期t，能够得到无人机m的飞行轨迹的半径
设置n为无人机飞行一周所用的总时隙，δt表示时间离散化后的时隙长度，以公式表示为：
则能够得到无人机m在第n个时隙的位置为：
s2，差异化设置：设置差异化因子θm，差异化因子θm与无人机m的吞吐量cm以及系统总吞吐量c的关系用公式表示为：
s3，安全距离设置：设置与无人机m不同的另一台无人机l,则两台无人机的位置关系为：
其中qm[n]表示无人机m在第n个时隙的位置，ql[n]表示无人机l在第n个时隙的位置，d为两台无人机之间的最小安全距离；
s4，无人机与地面节点的通讯调度关系设置：设置通信调度因子αm,k[n]，则无人机m与地面节点k在时隙n的调度关系为：
其中k为系统中地面节点的数量；
s5，优化无人机轨迹；
s6，判断优化后的路线是否为最佳状态；若判断为是，则进入s7；若判断为否，则返回步骤s4；
s7，输出：无人机按照s6步骤优化后的路线飞行。
优选的，其中，不同无人机的飞行轨迹的圆心位置不重合。
优选的，其中，设置vmax为无人机最大飞行速度，vmin为无人机最小飞行速度，则有vmax≥vm≥vmin。
优选的，其中，在步骤s4中，无人机m在节点k的通信速率
优选的，其中，设置地面节点k的最大瞬时发射功率为pmax，则有0≤pk[n]≤pmax。
优选的，其中，设置地面节点k发射过程中产生总能量的最大值为wt，则有：
优选的，其中，在步骤s6中，判断优化后的路线是否为最佳状态的方法为：设置精度u，将相邻两次优化路线的差值与精度u进行对比，若差值在精度以内，则判断为是。
优选的，其中，在步骤s5中，无人机的轨迹的优化方法包括直接打靶法、配置法和微分包含法。
本申请实现的有益效果如下：本发明设计了一个差异化多无人机安全飞行方法，通过引入差异化因子，解决了在不同情境、不同需求下不同无人机如何实现无人机工作的差异性的问题；同时通过差异化因子，协调了无人机与地面节点之间的通讯调度关系，使任意时隙只有一个地面节点与任一无人机进行通信，也至有只有一个无人机与任一地面节点建立连接，从而消除同道干扰；本发明还提供了一种多无人机安全飞行方法，能够有效保证多无人机之间安全飞行，避免碰撞，使系统的安全可持续运行得到了保障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法步骤示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供的无人机安全飞行方法，本实施例应用于无人机安全飞行系统，所述无人机安全飞行系统包括无人机、地面节点用户以及控制系统，所述控制系统与地面节点用户和无人机通讯连接，用于控制无人机的飞行和进行无人机和节点之间的通讯调度。
如图1所示，实现安全飞行方法包括：
s1：设无人机在飞行区域内的初始飞行轨迹为圆形，以所述飞行区域的几何中心作为原点，以与地面平行的直线作为x轴，与地面垂直的直线为y轴建立坐标系，则无人机m的初始飞行轨迹的圆心为：om＝[xm,ym]t，其中t为无人机m的飞行周期；
由无人机m的飞行速度vm、和无人机m的飞行周期t，能够得到无人机m的飞行轨迹的半径
设置n为无人机飞行一周所用的总时隙，δt表示时间离散化后的时隙长度，以公式表示为：
则能够得到无人机m在第n个时隙的位置为：
s2：设置一个差异化因子θm。所述差异化因子的设置可以根据无人机个体差异(如性能差异、续航能力等)和特殊任务场景来进行设置。所述差异化因子θm与无人机m的吞吐量cm以及系统总吞吐量c的关系用公式表示为：
s3：设置与无人机m不同的另一台无人机l,则m与l两台无人机之间的位置关系为：
其中qm[n]表示无人机m在第n个时隙的位置向量，ql[n]表示无人机l在第n个时隙的位置向量，d为两台无人机之间的最小安全距离。
由此公式进行限定后，在任意时隙内，任意两个无人机之间都需要保持一个最小安全距离，避免发生碰撞，以保证系统安全运行。
s4：进行地面节点和无人机之间的通信调度以及地面节点发射功率的分配。本实施例中，任意时隙至多只允许一个地面节点与任一无人机进行通信，同时，为了消除同道干扰，任意时隙也至多只有一个无人机与任一地面节点建立连接。数学上可用一个通信调度因子αm,k[n]来表示无人机m与节点k在时隙n的调度关系，公式表示为：
其中，无人机m在节点k的通信速率
其中，对地面节点k发射功率而言，其最大瞬时发射功率不超过上限值pmax，即：0≤pk[n]≤pmax；
同时设置地面节点k发射过程中的产生总能量的最大值为wt，以公式表示为：
s5：进入无人机轨迹优化步骤，对无人机的轨迹进行优化。
优化的方法包含但不限于现有技术中的直接打靶法、配置法和微分包含法。
s6：经过轨迹优化后，由控制系统判断优化后的路线是否为最佳状态，具体方法为：设置精度u，将相邻两次优化路线的差值与精度u进行对比，若差值在精度以内，则判断为是。
在本步骤中，若判断为是，则执行s7：向无人机发送该优化轨迹，无人机根据该优化轨迹开始飞行；若判断为否，则返回通信调度以及地面节点发射功率的分配的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。