5G网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法与流程

本发明涉及无人机，特别是涉及5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法。

背景技术：

1、5g网络作为新一代移动通信技术，具有高速度、低延迟、大容量等特点，能够满足大量设备的连接和数据传输需求，5g技术的应用为无人机空地协作提供了更广阔的应用前景，同时也带来了新的挑战，无人机可以用于空中拍摄、监测、巡检等各种场景，而且其应用领域还在不断扩展，在5g网络的支持下，无人机可以更好地发挥其优势，实现更加高效、灵活的作业；

2、随着全球能源危机和环境污染问题的加剧，节能减排成为各国政府和社会关注的焦点，目前在无人机空地协作中，缺乏合理的中继轨迹节能规划，无人机和地面设备的能耗大，碳排放量高，同时，目前在无人机空地协作中，中继轨迹的规划效能不佳，影响任务效率和安全性；为此，我们提出5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，以解决背景技术中提出的问题。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，包括如下步骤：

4、s1：首先进行场景分析和定义，即分析和定义无人机空地协作的具体场景和需求；

5、s2：进行路径规划和优化，根据定义的需求和约束条件，使用优化算法对无人机的中继轨迹进行规划和优化，实现节能的目标；

6、s3：上述步骤对无人机的中继轨迹进行规划和优化过程中，综合考虑无人机的能耗和电池寿命因素；

7、s4：设计和优化通信协议，实现无人机与地面终端之间的可靠通信；

8、s5：使用仿真工具对规划的中继轨迹和节能策略进行仿真测试，验证其可行性和有效性；

9、s6：在完成仿真和测试后，将规划的中继轨迹和节能策略部署到无人机系统中，并进行实际应用和监测，完成操作流程。

10、优选地，所述s1中进行场景分析和定义，包括无人机的通信范围、移动速度、飞行高度、中继节点数量和中继间隔，其中，无人机的通信范围为5-50km，移动速度为45-55km/h，飞行高度为100-8000m，所述中继节点数量和中继间隔根据网络设计和部署决定。

11、优选地，所述s2中使用优化算法，包括遗传算法或粒子群算法或模拟退火算法，所述遗传算法通过模拟生物进化的方式，使用选择、交叉和变异操作来生成新的解，并在迭代过程中不断优化，所述粒子群算法通过群体粒子的协作和信息共享来寻找最优解，粒子之间会根据自身经验和他人的经验来调整自己的速度和位置，从而逐渐逼近最优解，所述模拟退火算法从高初温出发，伴随温度参数的不断下降，结合概率突跳特性在解空间中随机寻找目标函数的全局最优解。

12、优选地，所述s3中对无人机的中继轨迹进行规划和优化，使用数学模型对无人机的能耗进行计算和分析，以确定最佳的节能策略，实际操作中，首先建立无人机的能耗模型，然后通过实验测定无人机的能耗，根据建立的模型和实验数据，使用数学分析方法来分析无人机的能耗，最后利用分析结果对无人机的能耗进行预测或优化。

13、优选地，所述s4中设计和优化通信协议，包括调制解调、编码解码、信道分配，以提高通信质量和降低能耗，通信采用5g网络，实际操作中，首先选择合适的通信频段和通信协议，采用mavlink无人机通信协议，然后进行天线设计、数据压缩与编码，数据压缩算法包括jpeg、h.264，编码方式则选择dvb-s2编码方式，最后进行信道管理，包括采用动态跳频技术，避免信道冲突。

14、优选地，所述s6中进行实际应用和监测过程中，收集实际运行数据，对规划方法和节能策略进行持续改进和优化。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，通过进行合理的中继轨迹节能规划，可以降低无人机和地面设备的能耗，减少碳排放，实现环保和节能的目标。

17、本发明5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，通过科学合理的中继轨迹规划，可以提高任务执行效率，降低无人机和地面设备的故障率，保障人员和设备的安全。

18、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上的所有优点。

技术特征：

1.5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，所述s1中进行场景分析和定义，包括无人机的通信范围、移动速度、飞行高度、中继节点数量和中继间隔，其中，无人机的通信范围为5-50km，移动速度为45-55km/h，飞行高度为100-8000m，所述中继节点数量和中继间隔根据网络设计和部署决定。

3.根据权利要求1所述的5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，所述s2中使用优化算法，包括遗传算法或粒子群算法或模拟退火算法，所述遗传算法通过模拟生物进化的方式，使用选择、交叉和变异操作来生成新的解，并在迭代过程中不断优化，所述粒子群算法通过群体粒子的协作和信息共享来寻找最优解，粒子之间会根据自身经验和他人的经验来调整自己的速度和位置，从而逐渐逼近最优解，所述模拟退火算法从高初温出发，伴随温度参数的不断下降，结合概率突跳特性在解空间中随机寻找目标函数的全局最优解。

4.根据权利要求1所述的5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，所述s3中对无人机的中继轨迹进行规划和优化，使用数学模型对无人机的能耗进行计算和分析，以确定最佳的节能策略，实际操作中，首先建立无人机的能耗模型，然后通过实验测定无人机的能耗，根据建立的模型和实验数据，使用数学分析方法来分析无人机的能耗，最后利用分析结果对无人机的能耗进行预测或优化。

5.根据权利要求1所述的5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，所述s4中设计和优化通信协议，包括调制解调、编码解码、信道分配，以提高通信质量和降低能耗，通信采用5g网络，实际操作中，首先选择合适的通信频段和通信协议，采用mavlink无人机通信协议，然后进行天线设计、数据压缩与编码，数据压缩算法包括jpeg、h.264，编码方式则选择dvb-s2编码方式，最后进行信道管理，包括采用动态跳频技术，避免信道冲突。

6.根据权利要求1所述的5g网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，其特征在于，所述s6中进行实际应用和监测过程中，收集实际运行数据，对规划方法和节能策略进行持续改进和优化。

技术总结
本发明公开了5G网络下无人机空地协作的中继轨迹节能规划方法，涉及无人机技术领域。本发明首先进行场景分析和定义，即分析和定义无人机空地协作的具体场景和需求；进行路径规划和优化，根据定义的需求和约束条件，使用优化算法对无人机的中继轨迹进行规划和优化，实现节能的目标；对无人机的中继轨迹进行规划和优化过程中，综合考虑无人机的能耗和电池寿命因素；设计和优化通信协议，实现无人机与地面终端之间的可靠通信；使用仿真工具对规划的中继轨迹和节能策略进行仿真测试，验证其可行性和有效性。本发明通过进行合理的中继轨迹节能规划，可以降低无人机和地面设备的能耗，减少碳排放，实现环保和节能的目标。

技术研发人员：李蜜
受保护的技术使用者：江苏亿控智能装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4