CN111446990A - 一种蜂窝无人机u2x通信模式选择和轨迹设计方法及装置 - Google Patents

一种蜂窝无人机u2x通信模式选择和轨迹设计方法及装置 Download PDF

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CN111446990A CN202010173434.7A CN202010173434A CN111446990A CN 111446990 A CN111446990 A CN 111446990A CN 202010173434 A CN202010173434 A CN 202010173434A CN 111446990 A CN111446990 A CN 111446990A
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Abstract

本申请提供了一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质，涉及无人机传感技术领域。本申请主要通过提出MIMO模式和中继模式，根据预设的数据传输指标确定无人机采集数据和传输数据的距离，进而以接收的特定数据采集任务为依据，分别计算蜂窝网络中的多个无人机以MIMO模式或中继模式传输数据耗费的时间，以耗费时间较少的协作模式作为多个无人机完成当前数据采集任务的协作模式，并在该协作模式下规划无人机的飞行轨迹，通过无人机U2X通信，使蜂窝网络中的多个无人机协作完成将地面传感器的数据采集并传输给基站的任务，以达到保障通信服务质量的同时，降低传输延迟的效果。

Description

一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法及装置
技术领域
本申请涉及无人机传感技术领域，特别是涉及一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着科技的发展，在大气环境监测、地址勘察等领域，越来越多地应用到无人机传感任务。在无人机传感任务中，地面传感器负责采集温度、空气质量、图片等数据，无人机负责将地面传感器采集的数据传输至基站进行数据处理。
现有技术下，一般采用单个无人机完成将地面传感器采集的数据传输到基站的整个任务。当地面传感器距离基站较远时，单个无人机与基站的通信难以同时保障高传输QoS和低通信延迟。
并且，网络中设置多个无人机时，多个无人机会执行将地面传感器采集的数据传输到基站的任务的相同的部分，导致多个无人机传输的数据重复，进而浪费了网络中有限的传输资源。
发明内容
本申请实施例提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质，旨在通过无人机U2X通信，使蜂窝网络中的多个无人机协作完成将地面传感器的数据采集并传输给基站的任务，以达到保障通信服务质量的同时，降低传输延迟的效果。
本申请实施例第一方面提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，应用于蜂窝网络通信系统；所述蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；所述方法包括：
所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；
所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式
可选地，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间，包括：
在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。
可选地，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第二时间，包括：
根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。
可选地，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机的飞行轨迹，包括：
确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。
所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，设计所述多个无人机的飞行轨迹，包括：
分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；
确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；
确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；
以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；
以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。
可选地，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：
所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；
所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；
所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据传输至所述基站。
可选地，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：
所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；
所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；
所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；
完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；
所述中继无人机在所述第二传输点，通过U2N通信将数据传输给所述基站。
本申请实施例第二方面提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计装置，所述装置包括：
目标传感器确定模块，用于使所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
飞行路程确定模块，用于使所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
采集距离确定模块，用于使所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
U2N传输距离确定模块，用于所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
时间确定模块，用于使所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式
协作模式确定模块，用于使所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
规划模块，用于使所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
数据采集模块，用于使所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。
可选地，所述时间确定模块包括：
第一有效飞行路程确定子模块，用于在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
第一有效飞行时间确定子模块，用于根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
第一采集时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
第一传输时间确定子模型，用于根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
第一时间确定子模块，用于将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。
可选地，所述时间确定模块包括：
传输距离确定子模块，用于根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
第二有效飞行路程确定子模块，用于在在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
第二有效飞行时间确定子模块，用于根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
第二采集时间确定子模块，用于根据根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
第二传输时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
传输时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
第二时间确定子模块，用于将将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。
可选地，所述协作模式确定模块包括：
MIMO模式选择子模块，用于在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述规划模块包括：
第一采集点确定子模块，用于确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
第一传输点确定子模块，用于确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
第一飞行轨迹确定子模块，用于以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。
可选地，所述协作模式确定模块包括：
中继模式选择子模块，用于在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述规划模块包括：
中继无人机选择子模块，用于分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；
第二传输点确定子模块，用于确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；
第二采集点确定子模块，用于确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；
第二飞行轨迹确定子模块，用于以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；
第三飞行轨迹确定子模块，用于以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。
可选地，所述数据采集模块包括：
分配子模块，用于使所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；
交换模块，用于使所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；
第一传输子模块，用于使所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据传输至所述基站。
可选地，所述数据采集模块包括：
采集子模块，所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；
达到子模块，用于使所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；
接收子模块，用于使所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；
飞行子模块，用于完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；
第二传输子模块，用于使所述中继无人机在所述第二传输点，通过U2N通信将数据传输给所述基站。
本申请实施例第三方面提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如本申请第一方面所述的方法中的步骤。
本申请实施例第四方面提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本申请第一方面所述的方法的步骤。
本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，在无人机可以与无人机进行通信的基础上，设置MIMO模式和中继模式两种数据传输的协作模式，通过计算两种模式下，满足通信服务质量的无人机飞行时间和无人机采集数据的时间和传输数据的时间，确定针对特定的数据采集任务，两种模式的数据传输的效率。以数据传输效率更高的模式作为无人机实际传输数据的协作模式，再根据选择的协作模式规划无人机的飞行轨迹，综合考虑两种模式的特点，进而在保障通信服务质量QoS的情况下，提高数据传输的效率，减少通信延迟。
本申请实施例提出的MIMO模式，利用多个无人机协同飞行，通过多天线联合将数据传输给基站，协作将地面传感器收集的数据上传到基站，并使基站多天线联合接收数据，从而组成通过空间分集提升系统传输速率MIMO系统。本申请实施例提出的中继模式，将数据采集任务分为数据采集和数据上传两段，减少了无人机的飞行距离，提高了无人机传输数据的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法的步骤流程图；
图2是本申请实施例确定第一时间的步骤流程图；
图3是本申请实施例确定第二时间的步骤流程图；
图4是本申请实施例中多个无人机以MIMO模式进行数据采集任务的示意图；
图5是本申请实施例中多个无人机以中继模式进行数据采集任务的示意图；
图6是本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
为持续采集环境数据，在地面每隔一段距离的设置一些地面传感器，例如温度传感器、PM2.5颗粒监测传感器、SO2监测传感器等。每个传感器负责所在区域的相关数据采集工作。无人机负责将地面传感器采集的数据传输给基站。基站负责对各个传感器的数据进行统一处理和计算。
现有技术下，无人机只能通过U2N通信，与基站等网络通信设备进行通信。因此，无人机传感领域中，无人机只能采用预先设定好的单一模式，进行数据的采集和传输，采用单个无人机完成将地面传感器采集的数据传输到基站的整个任务，在基站与地面传感器距离较远时，单个无人机只能飞行到地面传感器附近采集数据，再返回基站传输数据，用时较长，使基站不能及时获取到地面传感器的数据，造成通信延迟；若单个无人机为保证基站及时获取到地面传感器的数据，只能缩短飞行距离，在离地面传感器较远的位置采集数据，造成地面传感器的通信服务质量降低，不能保障高传输QoS。
即使设置了多个无人机将地面传感器的数据传输给基站，多个无人机仍然是各自完成传输任务，对地面传感器的数据进行重复采集和传输，进而造成有限网络资源的浪费。
鉴于上述问题，本申请实施例提出一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，基于无人机至无人机的通信服务协议，通过U2U通信，提出可以使多个无人机协作完成数据传输任务的MIMO模式和中继模式，并根据具体的数据采集任务选择协作模式(MIMO模式或中继模式)，更加灵活，再根据选择的协作模式优化无人机飞行轨迹，在保证无人机采集数据的通信服务质量的同时，降低传输延迟。
U2N(UAV-to-Network Communication)指的是无人机至网络通信，例如无人机与基站、无人机与地面传感器之间的通信。
本申请提出的U2U(UAV-to-UAVCommunication)，指的是无人机至无人机通信，基于U2U，本申请实施例中的无人机可以进行U2X(UAV-to-Everything Communication)通信，即无人机至多种目的节点的通信，表现在无人机可以和基站、地面传感器等通信设备进行通信，也可以和其他无人机进行通信。
UAV(Unmanned Aerial Vehicle)表示无人机。
MIMO(multiple input multiple output)指的是多入多出通信，发射端多根天线联合发射信号，接收端多根天线联合接收的通信系统。
QoS(Quality-of-Service)指的是服务质量，用于评估服务方满足客户服务需求的能力。在本发明中，主要指数据传输过程中的信噪比应当高于某一阈值(预设的数据传输指标)。
参考图1，图1是本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法的步骤流程图。应用于蜂窝网络通信系统；蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；
基站可以提供蜂窝网络，还可以对蜂窝网络中的地面传感器的数据进行集中处理和计算。
蜂窝网络中具有基站所负责区域的多个传感器(地面传感器)，和多个无人机。
步骤S101：所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
由于传感器的性能和作用不同，可能分布在区域中不同的位置，信息处理中心依据项目的需求选择多个传感器中的一个或多个传感器的数据，并将选择的传感器告知基站，以使基站获取对应传感器的数据并进行计算。
例如，基站A提供的蜂窝网络中有B1-B4四个传感器，分别负责采集温度数据、山地氧气数据、PM2.5浓度数据以及SO2浓度数据。信息处理中心拟对市区的温度情况进行汇总，向负责当前区域的基站A下发温度数据采集任务，基站A根据接收的温度数据采集任务，将传感器B1确定为目标传感器，并获得目标传感器的位置PB。
步骤S102：所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
同一区域的多个无人机的型号相同，速度设置相同，可以理解的是，每个无人机对飞行环境的需求也是一致的。因此，通常以无人机初始位置到目标传感器再到基站的最短距离作为无人机的飞行路程。若目标传感器与基站之间存在信号干扰的路段，也会避开该路段，选择飞行环境相对较好的路径。
任一所述无人机自所述目标传感器行驶到所述基站当前位置的飞行路程指的是，可为蜂窝网络中的任意一个无人机提供的路程最短的，飞行环境最佳的飞行路径的距离。无人机初始位置指的是无人机接收到基站发送执行数据采集任务的指令时，无人机的位置。
为方便说明本申请实施例，假设基站A所在位置PA与B1所在位置PB之间的最短距离，与无人机自初始位置飞行至PB的距离总和S是飞行路程。
步骤S103：所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
无人机可以在传感器B1所在的位置PB采集温度数据，也可以在距离传感器B11米的位置采集温度数据，也可以在距离传感器B1更远的距离采集温度数据，但随着与传感器B1之间的距离增加，传感器B1的通信服务质量会降低，进而影响无人机采集数据的准确性和完整性。
因此，基站会根据数据采集任务的数据标准，预先设置数据传输指标，所有的数据采集和数据传输必须在满足该预设的数据传输指标下进行。
预设的数据传输指标可以是QoS或其他衡量通信服务质量的标准。
基站依据预先设置的数据传输指标和目标传感器的功率，计算出具有当前功率的目标传感器能够满足预设的数据传输指标的信号的范围，并以目标传感器为中心，形成能够保证QoS的空间范围，将该空间范围的边界与所述目标传感器的距离作为采集距离。在采集距离中，无人机采集目标传感器的数据的通信服务质量都满足预设的数据传输指标。
步骤S104：所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
蜂窝网络中的多个无人机的型号、功率一致，并且处于同一蜂窝网络中，所以能以任一无人机的功率为依据，确定无人机将数据传输给基站的距离。
无人机距离基站的距离越近，其传输数据的通信服务质量也越好。以相同的数据传输指标，依据无人机的功率，计算得到无人机发射信号在满足数据采集任务需求的QoS的情况下，无人机与基站的最长距离，并以基站为中心，形成空间范围，该空间范围边界的任意位置与所述基站的距离作为U2N传输距离。在U2N传输距离的范围内，无人机都能将数据准确完整地传输给基站，并且满足数据采集任务需求的QoS。
可以理解的是，U2N传输距离和采集距离在预设的数据传输指标确定的情况下，跟发送数据的设备的功率有关，因此一般情况下，U2N传输距离与采集距离是不相同的。在实际应用中，U2N传输距离与采集距离也会受到其他信号的影响，呈不规则状，本申请实施例对此并不多作讨论。
为方便详细说明本申请实施例，假设本申请实施例中无干扰因素，采集距离为S1，U2N传输距离为S2。
步骤S105：所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；
具体地，通过本申请另一个实施例说明第一时间和第二时间的计算方法。
第一时间是多个无人机以MIMO模式进行协作，采集数据并传输数据花费的时间。MIMO模式中，多个无人机共同采集数据，以相同的飞行轨迹共同飞行，在MIMO模式中，除采集距离和U2N传输距离外的飞行路程，加上无人机从初始位置到第一采集点的飞行路程就是无人机的真实飞行路程。
参考图2，图2是本申请实施例确定第一时间的步骤流程图。
步骤S201：在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
第一有效飞行路程指的是在MIMO模式中，无人机在目标传感器采集到数据后的真实飞行距离。
步骤S202：根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
第一有效飞行时间是基站到目标传感器的路程S减去采集距离和U2N传输距离，加上无人机自初始位置到第一采集点的距离，除以无人机的飞行速度得到的。在同一基站提供的蜂窝中，无人机的飞行速度相同。
步骤S203：根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
数据的采集时间和数据采集任务的任务量和所述采集距离有关，任务量越少，采集数据花费的时间越少，采集距离越小，目标传感器的通信效率越高，数据采集的越快。
步骤S204：根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
数据的第一传输时间和数据采集任务的任务量和所述U2N传输距离有关，任务量越少，将数据传输给基站花费的时间越少，U2N传输距离越小，无人机与基站的通信效率越高，数据传输的越快。
步骤S205：将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。
根据上述分析可知，在目标传感器确定的情况下，传感器的功率不变，第一采集时间与采集距离S1相关，S1越大，数据采集时间越长；第一传输时间与U2N传输距离S2相关，S2越大，将数据传输给基站的时间越长，而在目标传感器确定的情况下，基站与目标传感器的距离不变，根据预设的数据传输指标确定的S1和S2越小，无人机实际的真实飞行距离越短，第一有效飞行时间也就越短。相较于采集距离S1和U2N传输距离S2对无人机采集数据的时间和无人机传输数据的时间的影响，采集距离S1和U2N传输距离S2对无人机的飞行时间的影响是相反的，也就是说，采集数据的时间或者传输数据的时间，和无人机的飞行时间是不可能同时减少的，这也就是现有技术下，单个无人机不能同时保障高传输QoS和低通信延迟的原因。而第一时间是第一有效飞行时间、第一采集时间和第一传输时间的总和，预设的数据传输指标保证了在采集距离和U2N传输距离内的通信服务质量的保证，第一时间保证了数据的采集时间、将数据传输给基站的时间和无人机飞行时间的总时间最短，即保证了低通信延迟的最优时间分配。
为清楚地说明中继模式的工作原理，以两架无人机为例，在中继模式中，可以将两架无人机的其中一架无人机作为在目标传感器附近采集数据的数据采集无人机，另一架无人机作为中继无人机，负责在接收数据采集无人机传输的数据后，将数据传输给基站。由于在中继模式下，还涉及数据采集无人机与中继无人机的数据传输，因此第二时间相较于第一时间，还包括数据从采集无人机传输到中继无人机的传输时间。
参考图3，图3是本申请实施例确定第二时间的步骤流程图。
步骤S301：根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
同一蜂窝网络中，多个无人机的型号、功率、飞行速度等指标都是相同的。因此两个无人机之间的U2U传输距离可以代表多个无人机进行数据传输的普遍U2U传输距离。
U2U传输距离是数据采集无人机采集到数据后，将数据传输给中继无人机时的位置点，与中继无人机接收数据时的位置点的距离。
步骤S302：在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
步骤S303：根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
因数据采集无人机采集到数据后的飞行方向，与中继无人机接收到数据采集无人机传输的数据后的飞行方向一致，并且中继无人机的飞行速度和数据采集无人机的飞行速度相同，因此，可以用第二有效飞行路程除以飞行速度，得到第二有效飞行时间。
步骤S304：根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
步骤S305：根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
步骤S306：根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
无人机和无人机之间传输数据，也可以在相隔一定距离的情况下进行，受信号衰减的影响，无人机和无人机之间的距离越远，无人机和无人机之间传输数据的时间越长。
步骤S307将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。
第二时间中的第二有效飞行时间对应的第二有效飞行路程，与第一有效飞行路程比较，少了第三传输距离，必然地，第二有效飞行时间小于第一有效飞行时间，同时第二时间中多了数据采集无人机向中继无人机传输数据的时间，因此，第一时间和第二时间的大小，代表了实际数据采集任务的差异性，影响第一时间和第二时间的因素包括：实际数据采集任务对应的目标传感器与基站的距离，无人机的功率、目标传感器的功率，实际数据采集的任务量的大小，因此第一时间和第二时间较少的时间对应的协作模式可以表示的意义，综合了上述所有影响通信延迟的因素，得到的保证通信服务质量的基础上，通信效率最高的协作模式。
步骤S106：所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
具体地，本申请在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
本申请中的MIMO模式和中继模式各有优点，MIMO模式中，多个无人机协同飞行，他们的天线联合将数据传输给基站，基站多天线联合接收，从而组成一个MIMO系统，通过空间分集提升蜂窝网络中传感器采集的数据的传输速率。中继模式中，部分无人机负责采集目标传感器的数据，另一部分无人机作为中继无人机协助数据的上传。由于，数据采集无人机将数据传输给中继无人机，会使通信的增益效果增减，所以由数据采集无人机先将数据传输给中继无人机，再由中继无人机上传数据到基站，会提高整个蜂窝网络中数据传输链路的通信服务质量。
同时在第一时间和第二时间中选择较小的时间对应的通信模式，保证了数据传输的及时性，避免了低通信延迟，因此，通过本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，在保障通信服务质量QoS的同时，还可以降低传输延迟。
进一步地，在选择优选的协作模式后，本申请实施例联合优化多个无人机的飞行轨迹，最小化数据传输任务的完成时间，提高数据的实时性。
步骤S107：所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
具体地，以本申请的另一个实施例详细说明基站规划无人机飞行线路的方法。
在选择MIMO模式的情况下，因为多个无人机在目标传感器附件采集到数据后是直接飞行至基站的，并且多个无人机在采集到数据后，同时开始飞行，行驶过程中也是同行飞行，因此首先确定无人机在目标传感器附近采集数据的采集点，和无人机在基站附近的U2N传输点。U2N传输点和采集点之间的路程加上，无人机初始位置到采集点的路程为无人机实际飞行的距离。
步骤S107-1确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
第一采集点是MIMO模式下，无人机在目标传感器的采集距离采集数据的位置点。
步骤S107-2：确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
第一传输点是MIMO模式下，无人机在基站的U2N传输距离将数据传输给基站的位置点。
步骤S107-3：以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。
第一飞行轨迹是MIMO模式中，多个无人机的飞机轨迹。
在选择中继模式的情况下，无人机在目标传感器附近采集到数据后的飞行是分段进行的。以蜂窝网络中设置两架无人机为例，其中一架无人机作为数据采集无人机在目标传感器附近采集数据的数据采集无人机，另一架无人机作为将数据继续传输给基站的中继无人机，因此，相较于MIMO模式需要确定采集点和U2N传输点，中继模式还需要确定数据采集无人机向中继无人机传输数据时的U2U传输点，和中继无人机接收数据采集无人机传输的数据时的接收点，以采集点和U2U传输点之间的路程作为整个飞行路程的第一段飞行路线，即数据采集无人机的飞行轨迹，以接收点和U2N传输点之间的路程作为整个飞行路程的第二段飞行路线，即中继无人机的飞行轨迹。
步骤S107-4：分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；
由于蜂窝网络中的无人机的各个指标是相同的，所以可以在多个无人机中任意选择部分无人机作为中继无人机。一般情况下中继无人机的数量和数据采集无人机的数量是相同的。
步骤S107-5：确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；
第二传输点是中继模式下，中继无人机在基站的U2N传输距离将数据传输给基站的位置点。接收点是中继模式下，保证中继无人机与数据采集无人机的距离符合U2U传输距离，中继无人机接收数据采集无人机传输的数据的位置点。
步骤S107-6：确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；
第二采集点是中继模式下，数据采集无人机在目标传感器的采集距离采集数据的位置点。第三传输点是中继模式下，数据采集无人机在保证与中继无人机的距离在U2U传输距离内，向中继无人机传输数据的位置点。
步骤S107-7：以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；
步骤S107-8：以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。
由于中继模式下，无人机采集数据后飞行的总行程是分段的，所以第二采集点到第三传输点对应的第一段路程是数据采集无人机的飞行轨迹；接收点到第二传输点对应的路程是中继无人机的飞行轨迹。
步骤S108：所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。
为了形象地说明MIMO模式中无人机的按照飞行轨迹飞行，并传输数据的过程，以及中继模式下无人机的飞行轨迹，并输出数据的过程，参考图4和图5，图4是本申请实施例中多个无人机以MIMO模式进行数据采集任务的示意图。图5是本申请实施例中多个无人机以中继模式进行数据采集任务的示意图。
无论蜂窝网络中设置了多少数量的无人机，在MIMO模式中，每个无人机的飞机轨迹是几乎相同的，实际应用中，多个无人机在目标传感器附近同时采集数据，数据采集完成后，同时同行飞行，以在飞行途中，交换彼此采集的数据，以利用空间分集获取更高的传输增益。
所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；
所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；
所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据上传至所述基站。
参考图4，以两架无人机UAVS和UAVr为例；两架无人机至目标传感器附近满足QoS的位置，采集目标传感器的数据。UAVS和UAVr具体的数据采集量按照基站的任务分配执行。一般地，基站将数据采集任务等额分配给两架无人机，两架无人机各自采集分配的基站分配的任务。两架无人机UAVS和UAVr数据都采集完成后，同时同行飞行至基站附近满足QoS的位置，通过联合天线，将数据传输给基站。
在UAVS和UAVr完成数据采集任务的过程中，分别通过U2U通信在飞行过程中交换各自采集的数据，通过U2N通信采集目标传感器的数据，以及将数据传输给基站，利用无人机的U2X通信，使无人机基于多天线传输数据，基站多天线接收数据的手段，通过空间分集提升系统传输速率。
所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；
所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；
所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；
完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；
所述中继无人机在所述第二传输点，通过U2N通信将数据传输给所述基站。
参考图5，以两架无人机UAVS和UAVr为例，收集数据的数据采集无人机UAVS飞行至地面的目标传感器附近，接收目标传感器的数据；数据采集无人机UAVS和中继无人机UAVr飞行至满足无人机到无人机传输的QoS的位置，数据采集无人机UAVS通过U2U通信将数据传输给中继无人机UAVr，中继无人机UAVr飞行至满足无人机到基站传输的QoS的位置，通过U2N通信将数据上传给基站。
中继模式中，数据采集无人机UAVS和中继无人机UAVr减少了飞行的路程，提高了将数据从目标传感器传输到基站的效率，同时通过数据的中间传输增加了数据增益。
本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，在无人机可以与无人机进行通信的基础上，提出MIMO模式和中继模式两种数据传输的协作模式，通过计算两种模式下，满足通信服务质量的无人机飞行时间和无人机采集数据和传输数据的时间，确定针对特定的数据采集任务，两种模式的数据传输的效率。以数据传输效率更高的模式作为无人机实际协作传输数据的模式，再根据选择的协作模式优化无人机的飞行轨迹，综合考虑两种模式的特点，在保障通信服务质量QoS的情况下，提高数据传输的效率，减少通信延迟。
本申请实施例引入的MIMO模式，利用多个无人机协同飞行，协作将收集的数据上传到基站，通过多天线联合将数据传输给基站，以使基站多天线联合接收，从而组成一个MIMO系统，通过空间分集提升系统传输速率。本申请实施例引入的中继模式，将数据采集任务分为数据采集和数据采集两段，减少了无人机的飞行距离，提高了无人机传输数据的效率。
基于同一发明构思，本申请实施例提供一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计装置。参考图6，图6是本申请实施例提出的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计装置的结构示意图。如图6所示，该装置包括：
目标传感器确定模块601，用于使所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
飞行路程确定模块602，用于使所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
采集距离确定模块603，用于使所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
U2N传输距离确定模块604，用于所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
时间确定模块605，用于使所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式
协作模式确定模块606，用于使所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
规划模块607，用于使所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
数据采集模块608，用于使所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据上传给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。
可选地，所述时间确定模块包括：
第一有效飞行路程确定子模块，用于在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
第一有效飞行时间确定子模块，用于根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
第一采集时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
第一传输时间确定子模型，用于根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
第一时间确定子模块，用于将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。
可选地，所述时间确定模块包括：
传输距离确定子模块，用于根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
第二有效飞行路程确定子模块，用于在在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
第二有效飞行时间确定子模块，用于根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
第二采集时间确定子模块，用于根据根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
第二传输时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
传输时间确定子模块，用于根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
第二时间确定子模块，用于将将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。
可选地，所述协作模式确定模块包括：
MIMO模式选择子模块，用于在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述规划模块包括：
第一采集点确定子模块，用于确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
第一传输点确定子模块，用于确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
第一飞行轨迹确定子模块，用于以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。
可选地，所述协作模式确定模块包括：
中继模式选择子模块，用于在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述规划模块包括：
中继无人机选择子模块，用于分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；
第二传输点确定子模块，用于确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；
第二采集点确定子模块，用于确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；
第二飞行轨迹确定子模块，用于以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；
第三飞行轨迹确定子模块，用于以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。
可选地，所述数据采集模块包括：
分配子模块，用于使所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；
交换模块，用于使所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；
第一传输子模块，用于使所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据传输至所述基站。
可选地，所述数据采集模块包括：
采集子模块，所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；
达到子模块，用于使所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；
接收子模块，用于使所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；
飞行子模块，用于完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；
第二传输子模块，用于使所述中继无人机在所述第二传输点，通过U2N通信将数据传输给所述基站。
基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请上述任一实施例所述的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法中的步骤。
基于同一发明构思，本申请另一实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行时实现本申请上述任一实施例所述的蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法中的步骤。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进或说明的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上对本申请所提供的一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法、装置、设备及存储介质，进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计方法，其特征在于，应用于蜂窝网络通信系统；所述蜂窝网络通信系统包括基站、多个无人机和多个传感器；所述方法包括：
所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式；
所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间中，确定所述第一时间的具体步骤包括：
在所述飞行路程中除去所述采集距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第一有效飞行路程；
根据所述第一有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第一有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算所述多个无人机采集数据的第一采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算所述多个无人机传输数据的第一传输时间；
将所述第一有效飞行时间、所述第一采集时间和所述第一传输时间组合，得到所述第一时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间中，确定所述第二时间的具体步骤包括：
根据任一所述无人机的功率，确定任意两个无人机按预设的数据传输指标完成数据传输的U2U传输距离；
在所述飞行路程中除去所述采集距离、所述U2U传输距离和所述U2N传输距离，得到所述多个无人机的第二有效飞行路程；
根据所述第二有效飞行路程和所述多个无人机的飞行速度，得到所述多个无人机的第二有效飞行时间；
根据所述数据采集任务和所述采集距离，计算任一所述无人机采集数据的第二采集时间；
根据所述数据采集任务和所述U2N传输距离，计算任一所述无人机通过U2N通信传输数据的第二传输时间；
根据所述数据采集任务和所述U2U传输距离，计算所述任意两个无人机通过U2U通信完成数据传输的第三传输时间；
将所述第三传输时间、所述第二有效飞行时间、所述第二采集时间和所述第二传输时间组合，得到所述第二时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第一时间小于所述第二时间的情况下，以所述MIMO模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机的飞行轨迹，包括：
确定所述多个无人机在所述采集距离共同采集数据的第一采集点；
确定所述两架无人机在所述U2N传输距离协作传输数据的第一传输点；
以所述两架无人机自初始位置到所述第一采集点再到所述第一传输点的线路作为所述多个无人机的第一飞行轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式，包括：
在所述第二时间小于所述第一时间的情况下，以所述中继模式作为所述多个无人机完成所述数据采集任务的协作模式；
所述基站按照所述协作模式，设计所述多个无人机的飞行轨迹，包括：
分别将所述多个无人机中的部分无人机确定为中继无人机，所述多个无人机中除所述中继无人机外的其他无人机确定为数据采集无人机；
确定所述中继无人机在所述U2N传输距离传输数据的第二传输点，以及所述中继无人机接收所述数据采集无人机传输数据时的接收点；
确定所述数据采集无人机在所述采集距离采集数据的第二采集点，以及所述数据采集无人机将数据传输给所述中继无人机时的第三传输点；
以所述数据采集无人机自初始位置到所述第二采集点再到所述第三传输点的线路作为所述数据采集无人机的第二飞行轨迹；
以从所述中继无人机自初始位置到所述接收点再到所述第二传输点的线路作为所述中继无人机的第三飞行轨迹。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：
所述基站将所述数据采集任务等额分配给所述多个无人机；
所述多个无人机在所述第一采集点采集完成各自份额的数据后，按所述第一飞行轨迹共同飞行至所述第一传输点，并在飞行过程中通过U2U通信交换各自采集的数据；
所述多个无人机通过U2N通信，利用各自的天线联合将交换后的数据传输至所述基站。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站，包括：
所述数据采集无人机在所述第二采集点完成数据采集后，按所述第二飞行轨迹飞行至所述第三传输点；
所述中继无人机在所述数据采集无人机飞行至所述第三传输点之前，到达所述接收点；
所述中继无人机在所述接收点，接收所述数据采集无人机通过U2U通信传输的数据；
完成数据接收的所述中继无人机按所述第三飞行轨迹飞行至所述第二传输点；
所述中继无人机在所述第二传输点，通过U2N通信将数据传输给所述基站。
8.一种蜂窝无人机U2X通信模式选择和轨迹设计装置，其特征在于，所述装置包括：
目标传感器确定模块，用于使所述基站根据接收的数据采集任务，确定目标传感器的位置；
飞行路程确定模块，用于使所述基站确定任一所述无人机自初始位置行驶至所述目标传感器再行驶到所述基站当前位置的飞行路程；
采集距离确定模块，用于使所述基站根据所述目标传感器的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标完成所述数据采集任务的采集距离；
U2N传输距离确定模块，用于所述基站根据任一所述无人机的功率，确定任一所述无人机按预设的数据传输指标将采集的数据传输给所述基站的U2N传输距离；
时间确定模块，用于使所述基站根据所述飞行路程、所述采集距离和所述U2N传输距离，确定所述多个无人机以两种协作模式协作完成所述数据采集任务耗费的第一时间和第二时间，所述两种协作模式为MIMO模式和中继模式
协作模式确定模块，用于使所述基站根据所述第一时间和所述第二时间，确定所述多个无人机的协作模式；
规划模块，用于使所述基站按照所述协作模式，规划所述多个无人机各自的飞行轨迹；
数据采集模块，用于使所述多个无人机按照所述基站规划的飞行轨迹，以所述协作模式完成所述数据采集任务并将采集到的数据传输给所述基站；
其中，所述MIMO模式为所述多个无人机协同飞行，并利用各自的天线联合将数据传输给所述基站，以使所述基站以多个天线联合接收数据的模式，所述中继模式为以所述多个无人机中的部分无人机负责数据采集，剩余的其他无人机负责协助将采集到的数据上传给所述基站的模式。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法中的步骤。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法的步骤。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112203310A (zh) * 2020-10-12 2021-01-08 重庆邮电大学 一种基于无人机协作的数据传输方法
CN112498684A (zh) * 2020-11-02 2021-03-16 杭州电子科技大学 一种无人机搭载移动式5g微基站平台及使用方法
CN112996121A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 中山大学 一种面向集群内通信的u2u分布式动态资源分配方法
CN113268073A (zh) * 2021-05-31 2021-08-17 无锡智眼慧驾科技有限公司 一种无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备
CN113358100A (zh) * 2021-05-25 2021-09-07 电子科技大学 嵌入式与yolo4改进算法的无人机实时目标识别系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170372624A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Cisco Technology, Inc. Unmanned aerial vehicle collision avoidance system
CN108401438A (zh) * 2017-12-21 2018-08-14 北京小米移动软件有限公司 无人机飞行路径的确定方法及装置
CN109845306A (zh) * 2016-10-11 2019-06-04 T移动美国公司 用于蜂窝通信的uav
CN110381445A (zh) * 2019-06-28 2019-10-25 广东工业大学 一种基于无人机基站系统的资源分配与飞行轨迹优化方法
CN110417456A (zh) * 2019-07-24 2019-11-05 北京交通大学 基于无人机的信息采集方法
CN110417455A (zh) * 2019-07-23 2019-11-05 安徽蓝煜电子科技有限公司 一种基于5g通信基站无人机智能巡航系统
CN110430550A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 北京邮电大学 一种面向无人机辅助蜂窝网络的宏站用户分流方法
CN110719125A (zh) * 2019-12-12 2020-01-21 南京邮电大学 一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170372624A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Cisco Technology, Inc. Unmanned aerial vehicle collision avoidance system
CN109845306A (zh) * 2016-10-11 2019-06-04 T移动美国公司 用于蜂窝通信的uav
CN108401438A (zh) * 2017-12-21 2018-08-14 北京小米移动软件有限公司 无人机飞行路径的确定方法及装置
CN110381445A (zh) * 2019-06-28 2019-10-25 广东工业大学 一种基于无人机基站系统的资源分配与飞行轨迹优化方法
CN110417455A (zh) * 2019-07-23 2019-11-05 安徽蓝煜电子科技有限公司 一种基于5g通信基站无人机智能巡航系统
CN110417456A (zh) * 2019-07-24 2019-11-05 北京交通大学 基于无人机的信息采集方法
CN110430550A (zh) * 2019-08-06 2019-11-08 北京邮电大学 一种面向无人机辅助蜂窝网络的宏站用户分流方法
CN110719125A (zh) * 2019-12-12 2020-01-21 南京邮电大学 一种面向无人机频谱共享系统的多天线传输方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112203310A (zh) * 2020-10-12 2021-01-08 重庆邮电大学 一种基于无人机协作的数据传输方法
CN112498684A (zh) * 2020-11-02 2021-03-16 杭州电子科技大学 一种无人机搭载移动式5g微基站平台及使用方法
CN112996121A (zh) * 2021-03-02 2021-06-18 中山大学 一种面向集群内通信的u2u分布式动态资源分配方法
CN112996121B (zh) * 2021-03-02 2022-10-25 中山大学 一种面向集群内通信的u2u分布式动态资源分配方法
CN113358100A (zh) * 2021-05-25 2021-09-07 电子科技大学 嵌入式与yolo4改进算法的无人机实时目标识别系统
CN113358100B (zh) * 2021-05-25 2022-07-29 电子科技大学 嵌入式与yolo4改进算法的无人机实时目标识别系统
CN113268073A (zh) * 2021-05-31 2021-08-17 无锡智眼慧驾科技有限公司 一种无人机的控制方法、装置、存储介质及电子设备

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