CN113225746B - 一种多uav快速部署的通信系统及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信，并在UAV采集信号吞吐量之后对每个UAV的负责区域进行调整，使UAV的负荷趋于平衡。所述UAV在其负责区域内绕一封闭线路移动一周，便能给该区域内所有地点提供通讯信号，减少了UAV在移动过程中的消耗的时间，减小了能耗，提高了UAV的使用时长，提高了临时通信系统的使用效率。

Description

一种多UAV快速部署的通信系统及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及移动通讯技术领域，尤其涉及一种基于多UAV快速部署的通信系统。

背景技术

UAV空地无线通信是推进空天地一体化信息网络重大工程的重要组成部分，拥有极大的应用前景，但同时也面临着重要的技术挑战，UAV通信系统具有成本较低的优势和快速部署的能力，使得其特别适合于应急通信场景或者持续时间有限的通信场景，如自然灾害造成的通信基础设施破坏时的通信恢复、体育比赛场馆等热点区域的地面蜂窝基站超负荷时的数据卸载、大规模物联网设备的周期性数据散播/收集等。

现在已经开发出了很多UAV通信系统，经过我们大量的检索与参考，发现现有的通信系统有如公开号为KR1020160128144A，KR1020130128144A和KR1020170004164A所公开的系统，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化Wi-Fi网络通信系统以及调度管制平台；传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；移动平台系统是挂载Wi-Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性；一体化Wi-Fi网络通信系统指以Wi-Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构。但该系统中UAV的飞行路径不够优化，有较多能源浪费在UAV的飞行过程中，同时UAV的位置变化不会随实际信号吞吐量的变化而作出相应的优化，不够智能化。

发明内容

本发明的目的在于，针对所存在的不足，提出了一种基于多UAV快速部署的通信系统，

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

进一步的，所述控制指挥中心将所述部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，(x₀，y₀)为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

进一步的，所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为(n，1)，与所述(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码(n，c)中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

进一步的，所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

进一步的，所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令(θ，L)派遣UAV前往，其中，θ为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离；

进一步的，所述UAV在所述巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域A_i内悬停的时间t′(A_i)为：

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，t₀为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，V(A_i)为在基础通信区域A_i内信号的吞吐量，t(A_i)为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域A_i内的悬停时间；

进一步的，所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域；

进一步的，所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV；

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种基于多UAV快速部署的通信系统程序，所述基于多UAV快速部署的通信系统程序被处理器执行时，实现一种基于多UAV快速部署的通信系统的步骤。

本发明所取得的有益效果是：

本发明通过控制指挥中心将部署区域划分为多个巡航区域，每个巡航区域内由一架UAV负责通信，所述UAV在巡航区域内沿特定路线移动一周，便能覆盖该巡航区域内所有地点的通信工作，不会浪费多余的时间在移动过程中，提高了UAV的使用效率，以较少的UAV数量满足较大区域内的通信工作，所述控制指挥中心能够根据部署区域快速地制定每个UAV的巡航区域，实现快速部署，在后续过程中在根据实际需求对巡航区域作出调整，实现效率最大化。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为整体结构框架示意图。

图2为巡航区域划分示意图。

图3为巡航路线范例一示意图。

图4为巡航路线范例二示意图。

图5为巡航路线范例三示意图。

图6为多UAV协作应急通信系统示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的.技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统.方法.特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一。

一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

所述控制指挥中心将所述部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，(x₀，y₀)为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为(n，1)，与所述(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码(n，c)中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令(θ，L)派遣UAV前往，其中，θ为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离；

所述UAV在所述巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域A_i内悬停的时间t′(A_i)为：

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，t₀为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，V(A_i)为在基础通信区域A_i内信号的吞吐量，t(A_i)为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域A_i内的悬停时间；

所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域；

所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV；

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种基于多UAV快速部署的通信系统程序，所述基于多UAV快速部署的通信系统程序被处理器执行时，实现一种基于多UAV快速部署的通信系统的步骤。

实施例二。

一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

所述控制指挥中心将所述部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，(x₀，y₀)为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为(n，1)，与所述(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码(n，c)中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令(θ，L)派遣UAV前往，其中，θ为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离；

所述UAV在所述巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域A_i内悬停的时间t′(A_i)为：

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，t₀为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，V(A_i)为在基础通信区域A_i内信号的吞吐量，t(A_i)为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域A_i内的悬停时间；

所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域；

所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV；

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种基于多UAV快速部署的通信系统程序，所述基于多UAV快速部署的通信系统程序被处理器执行时，实现一种基于多UAV快速部署的通信系统的步骤；

基于此设计了一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供部署区域进行通信；

所述指挥控制中心通过区域分割阶段、区域编码阶段和区域部署阶段三个过程对UAV的部署分布进行规划；

区域分割阶段：

所述控制指挥中心获取待部署区域的地理信息，并以一个通讯模块的最佳通信范围对部署区域进行分割，由于通讯模块的最佳通信范围为圆形，分割后会有重叠部分，不利于后续的处理，将最佳通信范围处理成圆内的内接正六边形，将该正六边形称为基础通信区域，获取部署区域的中心位置(x₀，y₀)，以该中心位置为重心形成第一个基础通信区域，之后不断向外扩展直至部署区域内铺满所述基础通信区域，所述基础通信区域的中心坐标(x，y)满足：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，a为正六多边形的边长；

再将所有基础通信区域进行整体平移，使部署区域内的所述基础通信区域个数降到最小；

区域编码阶段：

获取最外围的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，1)，再获取与(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域被编码完毕，所有基础通信区域可用唯一的编码(n，c)表示，其中c表示该基础通信区域所在的层数，n表示该基础通信区域在其层内的序号数；

区域部署阶段：

将所述部署区域划分为多个巡航区域，每个巡航区域包括若干个基础通信区域，每个巡航区域内派往一架UAV，所述UAV通过在所述巡航区域内的每个基础通信区域之间移动从而满足该巡航区域内的通信要求，将所有基础通信区域以其所在层数分为多个大区，在对每个大区内进行巡航区域的划分，如第一层和第二层基础通信区域为一个大区，第三层和第四层基础通信区域为一个大区，依次类推，下面以第一层和第二层基础通信区域所构成的大区为例进行划分巡航区域的说明；

将第一层中的基础通信区域中离UAV出发点最近的基础通信区域(n，1)作为巡航中心，与该巡航中心相邻的第一层基础通信区域和第二层基础通信区域以及所述巡航中心构成一个巡航区域，再以与基础通信区域(n，1)相隔两个第一层基础通信区域的基础通信区域(n+3，1)为巡航中心构建其巡航区域，不断重复该过程，对于有n₁个第一层基础通信区域的大区而言，共可建立N₁个巡航区域：

每个巡逻区域内离UAV出发点最近的基础通信区域与所述UAV出发点的距离为s_i，则UAV的部署距离S为：

以基础通信区域(n+1，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S′，再以基础通信区域(n+2，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S″，取S、S′、S″中的最小值，其对应的巡航区域划分为最终的实施方式，并将UAV部署至每个巡航区域中最近的基础通信区域。

实施例三。

一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

所述控制指挥中心将所述部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，(x₀，y₀)为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为(n，1)，与所述(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码(n，c)中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令(θ，L)派遣UAV前往，其中，θ为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离；

所述UAV在所述巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域A_i内悬停的时间t′(A_i)为：

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，t₀为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，V(A_i)为在基础通信区域A_i内信号的吞吐量，t(A_i)为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域A_i内的悬停时间；

所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域；

所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV；

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种基于多UAV快速部署的通信系统程序，所述基于多UAV快速部署的通信系统程序被处理器执行时，实现一种基于多UAV快速部署的通信系统的步骤；

基于此设计了一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供部署区域进行通信；

所述指挥控制中心通过区域分割阶段、区域编码阶段和区域部署阶段三个过程对UAV的部署分布进行规划；

区域分割阶段：

所述控制指挥中心获取待部署区域的地理信息，并以一个通讯模块的最佳通信范围对部署区域进行分割，由于通讯模块的最佳通信范围为圆形，分割后会有重叠部分，不利于后续的处理，将最佳通信范围处理成圆内的内接正六边形，将该正六边形称为基础通信区域，获取部署区域的中心位置(x₀，y₀)，以该中心位置为重心形成第一个基础通信区域，之后不断向外扩展直至部署区域内铺满所述基础通信区域，所述基础通信区域的中心坐标(x，y)满足：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，a为正六多边形的边长；

再将所有基础通信区域进行整体平移，使部署区域内的所述基础通信区域个数降到最小；

区域编码阶段：

获取最外围的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，1)，再获取与(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域被编码完毕，所有基础通信区域可用唯一的编码(n，c)表示，其中c表示该基础通信区域所在的层数，n表示该基础通信区域在其层内的序号数；

区域部署阶段：

将所述部署区域划分为多个巡航区域，每个巡航区域包括若干个基础通信区域，每个巡航区域内派往一架UAV，所述UAV通过在所述巡航区域内的每个基础通信区域之间移动从而满足该巡航区域内的通信要求，将所有基础通信区域以其所在层数分为多个大区，在对每个大区内进行巡航区域的划分，如第一层和第二层基础通信区域为一个大区，第三层和第四层基础通信区域为一个大区，依次类推，下面以第一层和第二层基础通信区域所构成的大区为例进行划分巡航区域的说明；

将第一层中的基础通信区域中离UAV出发点最近的基础通信区域(n，1)作为巡航中心，与该巡航中心相邻的第一层基础通信区域和第二层基础通信区域以及所述巡航中心构成一个巡航区域，再以与基础通信区域(n，1)相隔两个第一层基础通信区域的基础通信区域(n+3，1)为巡航中心构建其巡航区域，不断重复该过程，对于有n₁个第一层基础通信区域的大区而言，共可建立N₁个巡航区域：

每个巡逻区域内离UAV出发点最近的基础通信区域与所述UAV出发点的距离为s_i，则UAV的部署距离S为：

以基础通信区域(n+1，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S′，再以基础通信区域(n+2，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S″，取S、S′、S″中的最小值，其对应的巡航区域划分为最终的实施方式，并将UAV部署至每个巡航区域中最近的基础通信区域；

所述控制指挥中心对UAV的移动控制指令包括两类，一类为部署/回收指令，形式为(θ，L)，其中θ为目标地点与出发点的连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点的距离，另一类为巡航指令，形式为(a)，a的取值为{1,2,3,4,5,6}，当a＝1时，表示向正北方向行进一个巡逻单位，所述巡逻单位为相邻两个基础通信区域的中心距离，当a＝2时，表示向北偏东60°行进一个巡逻单位，当a＝3时，表示向南偏东60°行进一个巡逻单位，当a＝4时，表示向正南方向行进一个巡逻单位，当a＝5时，表示向南偏西60°行进一个巡逻单位，当a＝6时，表示向北偏西60°行进一个巡逻单位；

所述UAV在到达其对应的巡航区域后，启动其搭载的通讯模块并按规划的路线在基础通信区域内移动或悬停在基础通信区域中心上方，所述UAV在每个基础通信区域内悬停后回到最初的基础通信区域为一个巡航周期，在悬停期间会对其下方基础通信区域内的信号的吞吐量进行统计，以便对下一个巡航周期的路线及悬停时间进行调整，在第一个巡航周期时，所述UAV按照顺时针或者逆时针的顺序在基础通信区域间移动，并且在每个基础通信区域内悬停的时间均为t₀，所述巡航区域内的基础通信区域用A_i表示，所述基础通信区域A_i内的信号吞吐量用V(A_i)表示，所述基础通信区域A_i内UAV悬停的时间用t(A_i)表示，在下一个巡航周期时所述基础通信区域A_i内UAV悬停的时间用t′(A_i)表示，t′(A_i)的计算公式为：

其中，n表示该巡航区域内基础通信区域的个数，所述UAV在结束一个巡航周期后，先前往单位时长吞吐量最大的那个基础通信区域，以其为下一个巡航周期的起点按照顺时针或者逆时针顺序在基础通信区域间移动，并在每个基础通信区域上悬停对应的t′(A_i)时间。

实施例四。

一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

所述控制指挥中心将所述部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，(x₀，y₀)为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为(n，1)，与所述(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码(n，c)中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令(θ，L)派遣UAV前往，其中，θ为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离；

所述UAV在所述巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域A_i内悬停的时间t′(A_i)为：

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，t₀为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，V(A_i)为在基础通信区域A_i内信号的吞吐量，t(A_i)为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域A_i内的悬停时间；

所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域；

所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV；

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种基于多UAV快速部署的通信系统程序，所述基于多UAV快速部署的通信系统程序被处理器执行时，实现一种基于多UAV快速部署的通信系统的步骤；

基于此设计了一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供部署区域进行通信；

所述指挥控制中心通过区域分割阶段、区域编码阶段和区域部署阶段三个过程对UAV的部署分布进行规划；

区域分割阶段：

所述控制指挥中心获取待部署区域的地理信息，并以一个通讯模块的最佳通信范围对部署区域进行分割，由于通讯模块的最佳通信范围为圆形，分割后会有重叠部分，不利于后续的处理，将最佳通信范围处理成圆内的内接正六边形，将该正六边形称为基础通信区域，获取部署区域的中心位置(x₀，y₀)，以该中心位置为重心形成第一个基础通信区域，之后不断向外扩展直至部署区域内铺满所述基础通信区域，所述基础通信区域的中心坐标(x，y)满足：

其中，i，j满足i+j＝2k，k∈Z，a为正六多边形的边长；

再将所有基础通信区域进行整体平移，使部署区域内的所述基础通信区域个数降到最小；

区域编码阶段：

获取最外围的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，1)，再获取与(n，1)基础通信区域相邻的基础通信区域并按顺时针顺序编码为(n，2)，依次类推，直至所有的基础通信区域被编码完毕，所有基础通信区域可用唯一的编码(n，c)表示，其中c表示该基础通信区域所在的层数，n表示该基础通信区域在其层内的序号数；

区域部署阶段：

将所述部署区域划分为多个巡航区域，每个巡航区域包括若干个基础通信区域，每个巡航区域内派往一架UAV，所述UAV通过在所述巡航区域内的每个基础通信区域之间移动从而满足该巡航区域内的通信要求，将所有基础通信区域以其所在层数分为多个大区，在对每个大区内进行巡航区域的划分，如第一层和第二层基础通信区域为一个大区，第三层和第四层基础通信区域为一个大区，依次类推，下面以第一层和第二层基础通信区域所构成的大区为例进行划分巡航区域的说明；

将第一层中的基础通信区域中离UAV出发点最近的基础通信区域(n，1)作为巡航中心，与该巡航中心相邻的第一层基础通信区域和第二层基础通信区域以及所述巡航中心构成一个巡航区域，再以与基础通信区域(n，1)相隔两个第一层基础通信区域的基础通信区域(n+3，1)为巡航中心构建其巡航区域，不断重复该过程，对于有n₁个第一层基础通信区域的大区而言，共可建立N₁个巡航区域：

每个巡逻区域内离UAV出发点最近的基础通信区域与所述UAV出发点的距离为s_i，则UAV的部署距离S为：

以基础通信区域(n+1，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S′，再以基础通信区域(n+2，1)为第一个巡航中心，按照上述方式对巡航区域进行划分进而计算出部署距离S″，取S、S′、S″中的最小值，其对应的巡航区域划分为最终的实施方式，并将UAV部署至每个巡航区域中最近的基础通信区域；

所述控制指挥中心对UAV的移动控制指令包括两类，一类为部署/回收指令，形式为(θ，L)，其中θ为目标地点与出发点的连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点的距离，另一类为巡航指令，形式为(a)，a的取值为{1,2,3,4,5,6}，当a＝1时，表示向正北方向行进一个巡逻单位，所述巡逻单位为相邻两个基础通信区域的中心距离，当a＝2时，表示向北偏东60°行进一个巡逻单位，当a＝3时，表示向南偏东60°行进一个巡逻单位，当a＝4时，表示向正南方向行进一个巡逻单位，当a＝5时，表示向南偏西60°行进一个巡逻单位，当a＝6时，表示向北偏西60°行进一个巡逻单位；

所述UAV在到达其对应的巡航区域后，启动其搭载的通讯模块并按规划的路线在基础通信区域内移动或悬停在基础通信区域中心上方，所述UAV在每个基础通信区域内悬停后回到最初的基础通信区域为一个巡航周期，在悬停期间会对其下方基础通信区域内的信号的吞吐量进行统计，以便对下一个巡航周期的路线及悬停时间进行调整，在第一个巡航周期时，所述UAV按照顺时针或者逆时针的顺序在基础通信区域间移动，并且在每个基础通信区域内悬停的时间均为t₀，所述巡航区域内的基础通信区域用A_i表示，所述基础通信区域A_i内的信号吞吐量用V(A_i)表示，所述基础通信区域A_i内UAV悬停的时间用t(A_i)表示，在下一个巡航周期时所述基础通信区域A_i内UAV悬停的时间用t′(A_i)表示，t′(A_i)的计算公式为：

其中，n表示该巡航区域内基础通信区域的个数，所述UAV在结束一个巡航周期后，先前往单位时长吞吐量最大的那个基础通信区域，以其为下一个巡航周期的起点按照顺时针或者逆时针顺序在基础通信区域间移动，并在每个基础通信区域上悬停对应的t′(A_i)时间；

所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域，以第一层和第二层基础通信区域所构成的大区为例进行说明，用(V_i，V₁)和(V₂，V_i+1)表示相邻的两个巡航区域B_i和B_i+1内的吞吐量分布情况，其中V_i表示该巡航区域B_i内的总吞吐量，V_i+1表示该巡航区域B_i+1内的总吞吐量，V₁和V₂表示巡航区域B_i和B_i+1间相邻的两个基础通信区域的吞吐量，计算调整值u：

当u>1时，巡航区域B_i+1中与V₂对应的基础通信区域调整至巡航区域B_i，当u<-1时，巡航区域B_i中与V₁对应的基础通信区域调整至巡航区域B_i+1，其余情况则不调整，所述巡航区域调整后，各区域内UAV的巡航路线作出相应的调整；

所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机前往部署区域，所述辅助通讯机在各巡逻区域的交界处移动，当某一巡逻区域内的吞吐量过大时，所述辅助通讯机将承担部分通讯工作，若某一UAV的通讯设备出现故障时，所述辅助通讯机将替代该UAV在其巡逻区域内开展通信工作。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (3)

1.一种基于多UAV快速部署的通信系统，包括多个UAV、控制指挥中心以及搭载在UAV上的通讯模块，所述控制指挥中心用于规划所述UAV的行进路线，所述UAV达到指定地点后其搭载的所述通讯模块开展工作，形成临时的通讯网络以供所述UAV负责区域进行通信；

其特征在于，所述控制指挥中心将部署区域被分割成多个正六多边形，每个正六多边形为一架UAV的最佳通信范围，正六多边形的中心坐标为：

；

其中，i，j满足

，

为部署区域的中心坐标，a为正六多边形的边长，所述正六多边形区域为基础通信区域；

所述控制指挥中心将处于部署区域外围的基础通信区域编码为

，与所述

基础通信区域相邻的基础通信区域编码为

，依次类推，直至所有的基础通信区域编码完成，编码

中的c表示所述基础通信区域所在层数，n表示所述基础通信区域在所在层数中的序号；

所述UAV在巡航区域内移动一周为一个巡航周期，所述UAV在一个周期内在基础通信区域

内悬停的时间

为：

；

其中，n为巡航区域内基础通信区域的个数，

为在第一个巡航周期内每个基础通信区域内悬停的时间，

为在基础通信区域

内信号的吞吐量，

为在上一个巡航周期UAV在基础通信区域

内的悬停时间；

所述控制指挥中心以一个基础通信区域为巡航中心，所述巡航中心以及与所述巡航中心连接的基础通信区域构成一个巡航区域，每个巡航区域派遣一架UAV，所述巡航中心只包含相邻两层的基础通信区域使得所述基础通信区域中心的连线构成一个封闭环，所述UAV沿着所述封闭环移动能够覆盖所述巡航区域内的所有基础通信区域；

所有巡航区域内离UAV出发点最近的基础通信区域的中心作为UAV前往的初始目标地点，所述控制指挥中心通过指令

派遣UAV前往，其中，

为目标地点与出发点连线与经线的夹角，L为目标地点与出发点之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种基于多UAV快速部署的通信系统，其特征在于，所述控制指挥中心根据所述UAV采集的吞吐量数据对巡航区域作出调整，将吞吐量较大的巡航区域内的部分基础通信区域交付给相邻的吞吐量较小的巡航区域。

3.如权利要求2所述的一种基于多UAV快速部署的通信系统，其特征在于，所述控制指挥中心还派遣新的UAV作为辅助通讯机在各巡航区域间移动，所述辅助通讯机用于分担吞吐量较大的巡航区域内的通讯工作以及替换通讯模块处故障的UAV。

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