CN110296703A - 一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法。该方法包括以下步骤：确定单个地理网格单元的大小；确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖；对单个网格簇内的网格单元进行编码；对无人机飞行区域的地理位置网格化，使用已经完成网格编码的网格簇对整个飞行区域进行无交叠完全覆盖，即实现对整个飞行区域网格单元的编码。本发明在无线传输带宽受限的情况下，通过编码复用对无人机所在的地理位置进行信息简约编码。该方法在大范围飞行区域条件下，能够很好地降低位置信息在控制信道上的传输需求，而且其编码方式与飞行区域大小无关，具有很好的鲁棒性。

Description

一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法。

背景技术

随着无人机技术的蓬勃发展，无人机呈现大规模发展趋势，通过单体之间的紧密协作，体现群体作战性能的优越性。目前，世界各国均致力于开展大规模无人机群的研究工作，这已成为无人机领域的一个重要发展方向。

其中基于地理位置信息的大规模无人机群系统在组网、路由等方面更具优势，但在协调行动过程中，无人机之间的地理位置信息交互无疑又为控制信道的使用增加了负担，而传统的地理位置编码方式和无人机活动范围的大小有关，随着无人机群活动范围的增大，编码需要的比特数目越多，特别是如果活动区域再次增加，还要对整个区域进行重新编码，非常不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于信息简约的地理位置编码方法，能够利用功率受限条件下无线通信传输距离的有限性，实现地理位置信息的编码复用。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，包括以下步骤：

步骤1、确定单个地理网格单元的大小；

步骤2、确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖；

步骤3、对单个网格簇内的网格单元进行编码；

步骤4、对无人机飞行区域的地理位置网格化，使用已经完成网格编码的网格簇对整个飞行区域进行无交叠完全覆盖，即实现对整个飞行区域网格单元的编码。

进一步地，步骤1所述确定单个地理网格单元的大小，具体如下：

假设无人机的最远传输距离为R公里，为保证无人机传输范围内所有地理位置编码具有唯一性，一个正方形地理网格单元的边长L的取值范围由下式确定:

其中，N为自然数。

进一步地，步骤2所述确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖，具体为：使用N×N个网格单元组成一个网格簇，该网格簇能够对半径为R公里的无人机传输范围进行完全覆盖。

进一步地，步骤3所述对单个网格簇内的网格单元进行编码，具体如下：

对单个网格簇内的每个网格进行二进制比特编码，其中编码需要的比特数K由下式确定：

K＝[log₂(N²)]⁺

其中，[·]⁺表示向上取整。

进一步地，步骤4所述对无人机飞行区域的地理位置网格化，具体如下：

使用M×M个网格单元对无人机飞行区域进行全覆盖，其中M由下式确定：

M＝αN

式中α为自然数，其大小由无人机飞行区域确定。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)能用较少的比特数实现大区域的地理位置编码，大大降低位置信息在带宽受限的控制信道上的传输需求，同时也保证了无人机传输范围内所有地理位置编码具有唯一性；(2)编码结果仅和网格簇的规格有关，与飞行区域大小无关，具有很好的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法的流程图。

图2是地理网格簇网格编号编码示意图。

图3是地理区域网格编号编码示意图。

图4是传统编码方式和本发明的简约编码方式使用的比特数目对比曲线图。

具体实施方式

本发明应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，包括以下步骤：

步骤1、确定单个地理网格单元的大小；

步骤2、确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖；

步骤3、对单个网格簇内的网格单元进行编码；

步骤4、对无人机飞行区域的地理位置网格化，使用已经完成网格编码的网格簇对整个飞行区域进行无交叠完全覆盖，即实现对整个飞行区域网格单元的编码。

进一步地，步骤1所述确定单个地理网格单元的大小，具体如下：

假设无人机的最远传输距离为R公里，为保证无人机传输范围内所有地理位置编码具有唯一性，一个正方形地理网格单元的边长L的取值范围由下式确定:

其中，N为自然数。

进一步地，步骤2所述确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖，具体为：使用N×N个网格单元组成一个网格簇，该网格簇能够对半径为R公里的无人机传输范围进行完全覆盖。

进一步地，步骤3所述对单个网格簇内的网格单元进行编码，具体如下：

对单个网格簇内的每个网格进行二进制比特编码，其中编码需要的比特数K由下式确定：

K＝[log₂(N²)]⁺

其中，[·]⁺表示向上取整。

进一步地，步骤4所述对无人机飞行区域的地理位置网格化，具体如下：

使用M×M个网格单元对无人机飞行区域进行全覆盖，其中M由下式确定：

M＝αN

式中α为自然数，其大小由无人机飞行区域确定。

本发明的核心思想为：通过采用编码复用技术，实现用较少的比特数对大区域的地理位置进行编码，从而降低位置信息在带宽受限的控制信道上传输需求。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地说明：

结合图1，本发明应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，具体实施步骤如下：

步骤1、确定单个地理网格单元的大小

假设无人机的最远传输距离为R公里，为保证无人机传输范围内所有地理位置编码具有唯一性，一个正方形地理网格单元的边长L的取值范围由下式确定:

其中N为自然数，其大小可以由系统需要确定。

步骤2、确定地理网格簇的大小

使用N×N个网格单元组成一个网格簇，显然该网格簇可以对半径为R公里的无人机传输范围进行完全覆盖。

步骤3、如图2所示，完成对单个网格簇的网格编号编码

对网格簇内的每个网格进行二进制比特编码，其中编码需要的比特数K由下式确定：

K＝[log₂(N²)]⁺

其中[·]⁺表示向上取整。图2以4×4的网格簇为例，对其中的网格进行了4bit编码。

步骤4、如图3所示，完成对无人机飞行区域的地理位置网格化，并进行编码

使用M×M个网格单元对无人机飞行区域进行全覆盖，其中M由下式确定：

M＝αN

式中α为自然数，其大小由飞行区域确定。重复使用已经完成网格编码的网格簇对整个飞行区域进行无交叠完全覆盖，覆盖完成的同时也即实现了对整个区域网格的编码。图3以4×4网格簇为例，完成对16×16网格区域的复用编码。

实施例

假设无人机最远传输距离为2公里，根据步骤一的公式取正方形地理网格单元的边长为2公里，那么根据步骤二可以计算得出网格簇的大小为3×3，假设飞行区域为正方形，其边长为x公里，显然为覆盖这片区域需要的地理网格数目为个，那么传统编码方式下需要的比特数目为个，图4给出了不同x情况下，传统编码方式和本发明的简约编码方式使用的比特数目对比曲线。

由以上分析和仿真可以看出，传统编码方式需要的比特数目和无人机飞行区域的大小有关，飞行区域越大，需要的比特数会随之增加，同时比特数目的改变也意味着整个区域要重新编码；而本发明提出简约编码方式，需要的比特数目仅和网格簇规格有关，与飞行区域大小无关，具有很好的鲁棒性。

Claims (5)

1.一种应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定单个地理网格单元的大小；

步骤2、确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖；

步骤3、对单个网格簇内的网格单元进行编码；

步骤4、对无人机飞行区域的地理位置网格化，使用已经完成网格编码的网格簇对整个飞行区域进行无交叠完全覆盖，即实现对整个飞行区域网格单元的编码。

2.根据权利要求1所述的应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，其特征在于，步骤1所述确定单个地理网格单元的大小，具体如下：

假设无人机的最远传输距离为R公里，为保证无人机传输范围内所有地理位置编码具有唯一性，一个正方形地理网格单元的边长L的取值范围由下式确定:

其中，N为自然数。

3.根据权利要求2所述的应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，其特征在于，步骤2所述确定地理网格簇的大小，该网格簇对无人机传输范围进行完全覆盖，具体为：使用N×N个网格单元组成一个网格簇，该网格簇能够对半径为R公里的无人机传输范围进行完全覆盖。

4.根据权利要求3所述的应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，其特征在于，步骤3所述对单个网格簇内的网格单元进行编码，具体如下：

对单个网格簇内的每个网格进行二进制比特编码，其中编码需要的比特数K由下式确定：

K＝[log2(N²)]⁺

其中，[·]⁺表示向上取整。

5.根据权利要求4所述的应用于大规模无人机群系统中的地理位置编码方法，其特征在于，步骤4所述对无人机飞行区域的地理位置网格化，具体如下：

使用M×M个网格单元对无人机飞行区域进行全覆盖，其中M由下式确定：

M＝αN

式中α为自然数，其大小由无人机飞行区域确定。