CN114845316B - 无人机空中基站部署方法、装置及电子设备 - Google Patents

无人机空中基站部署方法、装置及电子设备 Download PDF

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CN114845316B CN202210776834.6A CN202210776834A CN114845316B CN 114845316 B CN114845316 B CN 114845316B CN 202210776834 A CN202210776834 A CN 202210776834A CN 114845316 B CN114845316 B CN 114845316B
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Abstract

本发明涉及通信技术领域，提供一种无人机空中基站部署方法、装置及电子设备，其中方法包括：获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。本发明提供的方法、装置、电子设备及存储介质，通过部署最少的无人机空中基站，实现任务区域内所有地面设备的高质量通信的效果，能够较低成本地解决无人机空中基站部署问题。

Description

无人机空中基站部署方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种无人机空中基站部署方法、装置及电子设备。
背景技术
随着无线通信技术的发展，传统的移动设备间的通信主要是通过预先架设好的地面基础网络设施（如基站）实现的。这种基站的缺点有：1）地面基站部署高度较低，使得移动设备与基站间的链路多为非视线（Non-Line-of-Sight，NLoS）信道，这会极大地降低通信质量；2）由于无法快速部署和受限于地形等客观条件，无法应用于应急救灾和偏远地区通信支援等情况。
相较于传统的地面基站，无人机（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）空中基站具有明显的优势：1）无人机空中基站机动灵活、几乎不受地形影响，可以在应急救灾和偏远地区通信支援等情况下，快速部署到指定位置为地面移动设备提供服务； 2）无人机空中基站可以远离地面复杂环境，利用其高度优势和地面移动设备建立视线（Line-of-Sight）信道，从而提高通信的质量和可靠性。
由于在进行无人机空中基站部署时，无人机的数量是有限的，因此，如何通过部署最少的无人机空中基站实现任务区域内所有地面设备的高质量通信是亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种无人机空中基站部署方法、装置及电子设备，用以解决现有技术中无法通过部署最少的无人机空中基站实现任务区域内所有地面设备的高质量通信的缺陷。
本发明提供一种无人机空中基站部署方法，包括：
获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；
求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述基站部署模型的约束条件包括：
位置约束条件，所述位置约束条件用于约束所述无人机的部署位置范围，所述位置约束条件基于所述地面设备的二维位置以及无人机的最大飞行高度确定；
接入数量约束条件，所述接入数量约束条件用于约束所述地面设备接入的无人机数量；
接入距离约束条件，所述接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，所述接入距离约束条件基于所述地面设备的最大容许服务半径确定。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述最大容许服务半径基于如下步骤确定：
基于无人机与地面设备之间的大尺度信道衰落系数和LoS信道概率，确定所述无人机与地面设备之间的信道增益；
获取所述信道增益大于等于已知阈值时，所述无人机与地面设备之间的水平距离；
基于所述水平距离，以及所述无人机的最大飞行高度和所述地面设备接入无人机的最大波瓣宽度，确定所述最大容许服务半径。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息，包括：
基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，每组设备对应一个无人机；
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，包括：
确定未分组设备集合；
从所述未分组设备集合中选取最大容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点；
基于所述特征点与所述未分组设备集合中各地面设备之间的距离，以及所述特征点的最大容许服务半径，确定所述当前轮次的待选点；
将所述特征点加入当前轮次的设备组，并基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，更新所述未分组设备集合，直至所述未分组设备集合为空。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，包括：
基于如下公式，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组：
Figure 620272DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 473958DEST_PATH_IMAGE002
表示当前轮次，
Figure 725948DEST_PATH_IMAGE003
为当前轮次
Figure 960793DEST_PATH_IMAGE004
的设备组，
Figure 323641DEST_PATH_IMAGE005
表示当前轮次
Figure 172780DEST_PATH_IMAGE004
设备 组的基数；
Figure 595671DEST_PATH_IMAGE006
表示待选点构成的集合，
Figure 294374DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 70700DEST_PATH_IMAGE008
中的任意待选点，
Figure 289192DEST_PATH_IMAGE009
为特征点，
Figure 132252DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 537826DEST_PATH_IMAGE011
表示特征点
Figure 524367DEST_PATH_IMAGE009
的二维位置，
Figure 331786DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 611327DEST_PATH_IMAGE013
表示待选点
Figure 379563DEST_PATH_IMAGE007
的二维位置；
Figure 622325DEST_PATH_IMAGE014
表示特征点
Figure 64677DEST_PATH_IMAGE015
的最大容许服务半径，
Figure 272DEST_PATH_IMAGE016
表示待选点
Figure 396749DEST_PATH_IMAGE017
的最大容许服务半径；
Figure 443202DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 740061DEST_PATH_IMAGE019
表示当前轮次
Figure 721923DEST_PATH_IMAGE004
的设备组对应的无人机的二维位置。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述部署位置信息包括二维部署位置和部署高度；
所述基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息，包括：
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到每组设备所对应无人机的二维部署位置，以及所述二维部署位置下的覆盖半径；
基于所述覆盖半径，确定所述无人机的部署高度。
根据本发明提供的一种无人机空中基站部署方法，所述基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，包括：
基于如下公式，对每组设备组所对应的无人机进行部署：
Figure 854964DEST_PATH_IMAGE020
Figure 954376DEST_PATH_IMAGE021
Figure 856473DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 884603DEST_PATH_IMAGE002
表示当前轮次，
Figure 973782DEST_PATH_IMAGE023
为当前轮次
Figure 142464DEST_PATH_IMAGE024
的设备组，
Figure 508854DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 957153DEST_PATH_IMAGE026
表示当前轮次
Figure 48475DEST_PATH_IMAGE004
的 设备组对应的无人机的二维位置，
Figure 506001DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 867843DEST_PATH_IMAGE028
表示每组地面设备中的任一设备
Figure 752622DEST_PATH_IMAGE029
的二维位 置，
Figure 331240DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 936665DEST_PATH_IMAGE031
表示所有地面设备的二维位置范围的下限，
Figure 667861DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 972809DEST_PATH_IMAGE033
表示所有地面 设备的二维位置范围的上限，
Figure 523876DEST_PATH_IMAGE034
为
Figure 73937DEST_PATH_IMAGE035
中的任一地面设备。
本发明还提供一种无人机空中基站部署装置，包括：
部署模型单元，用于获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；
部署位置信息单元，用于求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
部署单元，用于基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
本发明还提供一种电子设备，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程序时实现如上述任一种所述无人机空中基站部署方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，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上述任一种所述无人机空中基站部署方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述无人机空中基站部署方法。
本发明提供的一种无人机空中基站部署方法、装置及电子设备，通过求解获取的空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息，并基于部署位置信息进行空间基站部署。此过程将无人机部署在求解出来的部署位置信息上，能够对所有地面设备进行覆盖，从而减少了部署所需的无人机数量，避免了资源的浪费，还能通过部署最少的无人机空中基站，实现任务区域内所有地面设备的高质量通信的效果，能够较低成本地解决无人机空中基站部署问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的无人机空中基站部署方法的流程示意图；
图2是本发明提供的地面设备与无人机位置关系的结构示意图；
图3是本发明提供的无人机空中基站部署装置的结构示意图；
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种无人机空中基站部署方法。图1是本发明提供的无人机空中基站部署方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤110，获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建。
具体地，空中基站部署模型是为求解无人机在空中的三维部署位置所建立的模型，可以是根据各个地面设备所在的二维位置以及无人机的最大飞行高度进行构建的，空中基站部署模型的目标是作为空中基站的无人机数量最小，从而避免资源的浪费。
此外，空中基站部署模型在以作为空中基站的无人机数量最小为目标的条件下，需要以一些空中基站部署模型的约束条件进行构建，此处，空中基站部署模型的约束条件需要考虑无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离。
此处的无人机的部署位置范围反映的是无人机的部署位置的范围，其中无人机的部署位置包括无人机的二维部署位置和无人机的部署高度，即无人机的二维部署位置要在所有地面设备的二维位置范围内，并且无人机的部署高度要小于等于无人机的最大飞行高度。
此处的地面设备接入的无人机数量，是指地面设备接入的无人机数量为1个，而一个无人机可以和多个地面设备连接通信。
此处的地面设备接入无人机时的距离，是指地面设备接入无人机时的水平距离，具体地，要求地面设备接入无人机时的水平距离小于等于该地面设备的最大容许服务半径，并且该地面设备的最大容许服务半径是固定值。
步骤120，求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
步骤130，基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
具体地，在得到以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建的空中基站部署模型后，就可以对空中基站部署模型进行求解，得到无人机的部署位置信息。
此处，无人机的部署位置信息反映了无人机在三维空间上的部署位置信息，具体是指无人机的二维部署位置和无人机的部署高度。
在得到无人机的部署位置信息后，就可以按照部署位置信息将无人机部署在空中基站对应的位置上。
本发明实施例提供的方法，通过求解获取的空中基站部署模型， 得到无人机的部署位置信息，并基于部署位置信息进行空间基站部署。此过程将无人机部署在求解出来的部署位置信息上，能够对所有地面设备进行覆盖，从而减少了部署所需的无人机数量，避免了资源的浪费，还能通过部署最少的无人机空中基站，实现任务区域内所有地面设备的高质量通信的效果，能够较低成本地解决无人机空中基站部署问题。
基于上述实施例，所述基站部署模型的约束条件包括：
位置约束条件，所述位置约束条件用于约束所述无人机的部署位置范围，所述位置约束条件基于所述地面设备的二维位置以及无人机的最大飞行高度确定；
接入数量约束条件，所述接入数量约束条件用于约束所述地面设备接入的无人机数量；
接入距离约束条件，所述接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，所述接入距离约束条件基于所述地面设备的最大容许服务半径确定。
具体地，空中基站部署模型的约束条件包括位置约束条件、接入数量约束条件以 及接入距离约束条件，其中，位置约束条件是基于地面设备的二维位置以及无人机的最大 飞行高度确定的，用于约束无人机的三维部署位置，即无人机不仅需要分布在所有地面设 备所处的二维平面
Figure 659639DEST_PATH_IMAGE036
内，其中
Figure 135489DEST_PATH_IMAGE037
表示任一无人机的二维部署位置，
Figure 173852DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 527604DEST_PATH_IMAGE038
表示所有地面设备的二维位置范围 的下限，
Figure 76135DEST_PATH_IMAGE039
、
Figure 739197DEST_PATH_IMAGE040
表示所有地面设备的二维位置范围的上限。
令
Figure 15589DEST_PATH_IMAGE041
表示所有地面设备，对于每个地面设备都有
Figure 156720DEST_PATH_IMAGE042
，任一地 面设备的二维位置
Figure 966282DEST_PATH_IMAGE043
是已知的,令
Figure 269088DEST_PATH_IMAGE044
表示待部署的无人机， 此外，无人机的部署高度还要小于等于无人机的最大飞行高度,即对于无人机都有
Figure 298355DEST_PATH_IMAGE045
，对于任一无人机
Figure 243177DEST_PATH_IMAGE046
的位置
Figure 641666DEST_PATH_IMAGE047
都在三维空间
Figure 380952DEST_PATH_IMAGE048
内，即
Figure 490990DEST_PATH_IMAGE049
，其中
Figure 488771DEST_PATH_IMAGE050
是无人机的最大飞行高度。
具体地，接入数量约束条件用于约束地面设备接入的无人机数量，即
Figure 492499DEST_PATH_IMAGE051
，是指任一地面设备
Figure 153419DEST_PATH_IMAGE052
可接入的无人机
Figure 140966DEST_PATH_IMAGE053
数 量为0个或者1个，其中
Figure 434717DEST_PATH_IMAGE054
是表示地面设备
Figure 824110DEST_PATH_IMAGE055
是否能成功接入无人机
Figure 780565DEST_PATH_IMAGE056
的指示函数，若设 备能够成功接入无人机
Figure 239097DEST_PATH_IMAGE057
，则
Figure 329413DEST_PATH_IMAGE058
；若设备不能成功接入无人机
Figure 324045DEST_PATH_IMAGE056
，则
Figure 576034DEST_PATH_IMAGE059
，可 以理解的是，地面设备可接入的无人机数量最多为1个，即
Figure 787442DEST_PATH_IMAGE060
。由此，接入数量约束条件为：
Figure 150290DEST_PATH_IMAGE061
Figure 999428DEST_PATH_IMAGE062
具体地，接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，其中接入距 离约束条件是基于地面设备的最大容许服务半径确定的，即
Figure 422320DEST_PATH_IMAGE063
，即接入距离约束条件表示当无人机
Figure 855444DEST_PATH_IMAGE064
和地面设备
Figure 287562DEST_PATH_IMAGE065
的水平距离
Figure 115841DEST_PATH_IMAGE066
小于等于地面设备
Figure 224480DEST_PATH_IMAGE065
的最大容许服务半径
Figure 630054DEST_PATH_IMAGE067
时，地面设备
Figure 351016DEST_PATH_IMAGE068
才能接入 无人机
Figure 424014DEST_PATH_IMAGE069
。其中
Figure 437976DEST_PATH_IMAGE070
是表示地面设备
Figure 596424DEST_PATH_IMAGE065
是否能成功接入无人机
Figure 855499DEST_PATH_IMAGE071
的指示函数，
Figure 48582DEST_PATH_IMAGE072
是地面 设备
Figure 499024DEST_PATH_IMAGE007
的最大容许服务半径。
由此，将位置约束条件、接入数量约束条件以及接入距离约束条件作为空中基站部署模型的约束条件，则空中基站部署模型为：
Figure 488977DEST_PATH_IMAGE073
其中，
Figure 66589DEST_PATH_IMAGE074
是空中基站部署模型的位置约束条件，
Figure 363447DEST_PATH_IMAGE075
是空中基站部署模 型的接入数量约束条件，
Figure 469943DEST_PATH_IMAGE076
是空中基站部署模型的接入 距离约束条件，空中基站部署模型的目标是作为空中基站的无人机数量
Figure 88137DEST_PATH_IMAGE077
最小。
基于上述实施例，所述最大容许服务半径基于如下步骤确定：
步骤210，基于无人机与地面设备之间的大尺度信道衰落系数和LoS信道概率，确定所述无人机与地面设备之间的信道增益；
步骤220，获取所述信道增益大于等于已知阈值时，所述无人机与地面设备之间的水平距离；
步骤230，基于所述水平距离，以及所述无人机的最大飞行高度和所述地面设备接入无人机的最大波瓣宽度，确定所述最大容许服务半径。
具体地，地面设备
Figure 203861DEST_PATH_IMAGE078
的最大容许服务半径
Figure 89646DEST_PATH_IMAGE072
是基于如下步骤确定的：
对于任一无人机
Figure 632623DEST_PATH_IMAGE046
和地面设备
Figure 738113DEST_PATH_IMAGE017
之间的大尺度信道衰落系数可以建模为
Figure 391949DEST_PATH_IMAGE079
（1）
其中，
Figure 663399DEST_PATH_IMAGE080
为路径损失相关参数，并将任一无人机
Figure 987064DEST_PATH_IMAGE053
和地面设 备
Figure 563539DEST_PATH_IMAGE078
之间的大尺度信道衰落系数模型分为视线(Line-of-Sight, Los)信道和非视线信道 （Non-Line-of-Sight，NLoS）两种情况进行计算，无人机
Figure 270333DEST_PATH_IMAGE069
与地面设备
Figure 147022DEST_PATH_IMAGE078
间的距离为
Figure 516954DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 846304DEST_PATH_IMAGE082
为无人机
Figure 91210DEST_PATH_IMAGE056
与地面设备
Figure 822406DEST_PATH_IMAGE007
间的垂直高度，
Figure 628819DEST_PATH_IMAGE083
为任一无人机
Figure 553787DEST_PATH_IMAGE084
和地面设备
Figure 618695DEST_PATH_IMAGE017
之间的俯角，任一无人机
Figure 689550DEST_PATH_IMAGE084
和地面设备
Figure 916132DEST_PATH_IMAGE068
之间的水 平距离为
Figure 469342DEST_PATH_IMAGE085
，任一地面设备
Figure 806783DEST_PATH_IMAGE007
的二维位置为
Figure 997724DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure 660786DEST_PATH_IMAGE087
、
Figure 170134DEST_PATH_IMAGE088
表示任一地面设备
Figure 576844DEST_PATH_IMAGE017
对应的接入无人机
Figure 481347DEST_PATH_IMAGE053
的二维位置，则 任一无人机
Figure 564578DEST_PATH_IMAGE056
和地面设备
Figure 311954DEST_PATH_IMAGE007
之间的LoS信道概率为
Figure 741930DEST_PATH_IMAGE089
（2）
其中，
Figure 156730DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 168721DEST_PATH_IMAGE091
为表征环境稠密程度的参数，
Figure 668973DEST_PATH_IMAGE092
是任一无人机
Figure 168218DEST_PATH_IMAGE053
和地面设备
Figure 545848DEST_PATH_IMAGE007
之 间的LoS信道概率，此处的LoS信道概率是指无人机
Figure 721614DEST_PATH_IMAGE071
和地面设备
Figure 194315DEST_PATH_IMAGE093
之间的信道本身的衰 减及衰落概率。进一步可知无人机
Figure 480940DEST_PATH_IMAGE094
和地面设备
Figure 119600DEST_PATH_IMAGE095
之间的信道增益为：
Figure 935110DEST_PATH_IMAGE096
其中，
Figure 160686DEST_PATH_IMAGE097
是指无人机
Figure 985422DEST_PATH_IMAGE056
和地面设备
Figure 478589DEST_PATH_IMAGE017
之间的信道增益，此处的信道增益是指 信道系数,描述的是无人机
Figure 996158DEST_PATH_IMAGE046
和地面设备
Figure 302506DEST_PATH_IMAGE055
之间的信道本身的衰减及衰落特性。可以理解 的是，地面设备
Figure 180201DEST_PATH_IMAGE017
成功接入无人机
Figure 544186DEST_PATH_IMAGE084
的条件为地面设备
Figure 717810DEST_PATH_IMAGE098
处的信道增益满足
Figure 901666DEST_PATH_IMAGE099
， 其中
Figure 317473DEST_PATH_IMAGE100
为已知阈值。
可以理解的是，基于无人机与地面设备之间的大尺度信道衰落系数和LoS信道概率，就可以确定无人机与地面设备之间的信道增益。
根据公式（1）-（3）可知，无人机
Figure 535965DEST_PATH_IMAGE084
和地面设备
Figure 146069DEST_PATH_IMAGE101
之间的距离
Figure 551642DEST_PATH_IMAGE102
越小或俯角
Figure 771140DEST_PATH_IMAGE103
越大，则无人机
Figure 453925DEST_PATH_IMAGE053
和地面设备
Figure 484198DEST_PATH_IMAGE095
之间的信道增益
Figure 891915DEST_PATH_IMAGE104
越大，因此，若要满足信道增 益
Figure 400256DEST_PATH_IMAGE105
大于等于已知阈值
Figure 78494DEST_PATH_IMAGE106
，即
Figure 14089DEST_PATH_IMAGE107
，则无人机
Figure 909101DEST_PATH_IMAGE084
和地面设备
Figure 221134DEST_PATH_IMAGE017
之间的水平距 离
Figure 753877DEST_PATH_IMAGE108
需满足:
Figure 125953DEST_PATH_IMAGE109
其中，
Figure 367316DEST_PATH_IMAGE110
为地面设备
Figure 233772DEST_PATH_IMAGE095
接入无人机的最大波瓣宽度。
令
Figure 870290DEST_PATH_IMAGE067
表示地面设备
Figure 662534DEST_PATH_IMAGE007
所容许的无人机的最大容许服务半径，考虑到无人机最大 高度约束，
Figure 17292DEST_PATH_IMAGE111
应满足:
Figure 421860DEST_PATH_IMAGE112
其中，
Figure 912884DEST_PATH_IMAGE113
是无人机
Figure 141609DEST_PATH_IMAGE071
和地面设备
Figure 983663DEST_PATH_IMAGE078
之间的水平距离
Figure 50976DEST_PATH_IMAGE114
的最大值，
Figure 176933DEST_PATH_IMAGE115
是无人机的最大飞行高度和地面设备接 入无人机的最大波瓣宽度相乘确定的水平距离的最大值，然后，在
Figure 796133DEST_PATH_IMAGE116
和
Figure 876216DEST_PATH_IMAGE117
中取最小值，得到地 面设备
Figure 137433DEST_PATH_IMAGE093
所容许的无人机最大容许服务半径。
基于上述实施例，步骤120包括：
步骤121，基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，每组设备对应一个无人机。
步骤122，基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息。
具体地，考虑到求解空中基站部署模型的复杂度，本发明实施例将空中基站部署模型求解问题拆解为两个子问题：1）首先，对地面设备进行分组，每一组地面设备接入一架无人机，则地面设备分组最少的数量即为所需无人机数量，对应于步骤121；2）根据每组地面设备的位置，优化无人机的部署位置信息使得其能接入每组地面设备的同时提高覆盖质量，对应于步骤122。
基于上述空中基站部署模型的接入数量约束条件和空中基站部署模型的接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对地面设备进行分组，得到多组地面设备，其中每组地面设备都对应一个无人机，则地面设备分组最少的数量即为所需无人机数量，此时的无人机数量也是最小的。
具体地，基于上述空中基站部署模型的位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，此处的无人机的覆盖半径是指该组地面设备对应的无人机所覆盖的地面设备组成的圆的半径。
由此，就可以对每组设备所对应的无人机进行部署，得到部署位置信息，此处的部署位置信息可以是无人机的二维部署位置，也可以既包括二维部署位置，也包括部署高度。
本发明实施例提供的方法，通过将空中基站部署模型求解问题拆分为两个子问题分别求解，降低了问题求解的复杂度，有助于提高部署的计算效率。
基于上述实施例，步骤121包括：
步骤121-1，确定未分组设备集合。
具体地，令
Figure 852317DEST_PATH_IMAGE118
表示未分组设备集合，则有
Figure 907997DEST_PATH_IMAGE119
，并将其初始化为
Figure 209797DEST_PATH_IMAGE120
，其 中，
Figure 9125DEST_PATH_IMAGE121
表示所有地面设备，即将未分组设备集合初始化为所有地面设备。
步骤121-2，从所述未分组设备集合中选取最大容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点。
具体地，假设当前轮次为第
Figure 703150DEST_PATH_IMAGE024
轮次，在空中基站部署模型求解过程中的第
Figure 946043DEST_PATH_IMAGE122
轮次 中，在当前未分组设备集合
Figure 984407DEST_PATH_IMAGE123
中搜索出容许服务半径最小的地面设备索引，即
Figure 571115DEST_PATH_IMAGE124
，其中，
Figure 276902DEST_PATH_IMAGE111
是地面设备
Figure 159539DEST_PATH_IMAGE095
的最大容许服务半径，
Figure 950777DEST_PATH_IMAGE009
是容许服务半径 最小的地面设备的索引，并将容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点，在此 轮迭代中要求当前轮次的特征点必须被分入第
Figure 411535DEST_PATH_IMAGE125
组设备集合。
步骤121-3，基于所述特征点与所述未分组设备集合中各地面设备之间的距离，以及所述特征点的最大容许服务半径，确定所述当前轮次的待选点。
具体地，将与特征点之间的距离小于等于
Figure 971829DEST_PATH_IMAGE126
的，并且未被分组的地面设备作为 当前轮次的待选点，并将当前轮次的待选点构成当前轮次的待选点集合
Figure 415580DEST_PATH_IMAGE127
，其中，
Figure 677803DEST_PATH_IMAGE128
是当前轮次的待选点集 合，
Figure 622625DEST_PATH_IMAGE129
表示每组设备组内的任一地面设备与特征点的距离，即
Figure 522579DEST_PATH_IMAGE130
与
Figure 527444DEST_PATH_IMAGE131
的向 量二范数。可以理解的是，若每组设备组内的任一地面设备与特征点的距离大于
Figure 11384DEST_PATH_IMAGE132
，则 该地面设备与特征点显然无法同时被同一无人机覆盖。
步骤121-4，将所述特征点加入当前轮次的设备组，并基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，更新所述未分组设备集合，直至所述未分组设备集合为空。
具体地，由于待选点集合
Figure 494318DEST_PATH_IMAGE133
中的所有地面设备可能无法被同一无人机覆盖， 因此，需要优化聚类中心（即无人机潜在部署位置），使无人机的潜在部署位置在覆盖特征 点的同时，尽可能地覆盖更多待选点集合中的地面设备，即以与特征点接入同一无人机的 待选点的数量最大为目标。
此外，还需要将特征点加入当前轮次的设备组，并基于空中基站部署模型的接入距离约束条件，以及特征点和待选点的二维位置，以与特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，此处的当前轮次的设备组包括了特征点以及与特征点接入同一无人机的待选点，并且当前轮次的设备组是以与特征点接入同一无人机的待选点的数量最大的。
由此，在得到当前轮次的设备组后，就可以更新未分组设备集合，直至未分组设备 集合为空，即从未被分组设备集合
Figure 514358DEST_PATH_IMAGE134
中删除此轮次已分组设备集合
Figure 690124DEST_PATH_IMAGE135
，即
Figure 785994DEST_PATH_IMAGE136
，重复上述步骤，直至
Figure 823351DEST_PATH_IMAGE137
，至此，实现了所有未分组设备集合的分 组，此过程的迭代轮次即所需部署的无人机数量。
基于上述实施例，步骤121-4包括：
基于如下公式，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组：
Figure 681585DEST_PATH_IMAGE138
其中，
Figure 277521DEST_PATH_IMAGE004
表示当前轮次，
Figure 486785DEST_PATH_IMAGE003
为当前轮次
Figure 327833DEST_PATH_IMAGE139
的设备组，
Figure 306154DEST_PATH_IMAGE140
表示当前轮次
Figure 807411DEST_PATH_IMAGE122
设备组 的基数；
Figure 769551DEST_PATH_IMAGE141
表示待选点构成的集合，
Figure 148711DEST_PATH_IMAGE055
为
Figure 621018DEST_PATH_IMAGE142
中的任意待选点，
Figure 43909DEST_PATH_IMAGE143
为特征点，
Figure 978498DEST_PATH_IMAGE144
、
Figure 410617DEST_PATH_IMAGE145
表示特征点
Figure 612797DEST_PATH_IMAGE146
的二维位置，
Figure 206589DEST_PATH_IMAGE147
、
Figure 628474DEST_PATH_IMAGE148
表示待选点
Figure 598704DEST_PATH_IMAGE065
的二维位置；
Figure 920970DEST_PATH_IMAGE149
表示特征点
Figure 561030DEST_PATH_IMAGE143
的 最大容许服务半径，
Figure 719479DEST_PATH_IMAGE111
表示待选点
Figure 742667DEST_PATH_IMAGE055
的最大容许服务半径；
Figure 404593DEST_PATH_IMAGE150
、
Figure 90920DEST_PATH_IMAGE019
表示当前轮次
Figure 736665DEST_PATH_IMAGE004
的设 备组对应的无人机的二维位置。
具体地，由于待选点集合
Figure 32386DEST_PATH_IMAGE151
中的所有地面设备可能无法被同一无人机覆盖， 为了节约无人机的资源，需要以与特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标。针 对这种情况，该问题可建模为上述公式的形式，上述公式可以通过遗传算法求解，也可以通 过粒子群算法求解，还可以通过蚁群算法求解，本发明实施例对此不作具体限定。
具体地，通过求解上述公式可以得到当前轮次
Figure 79977DEST_PATH_IMAGE122
的设备组
Figure 202785DEST_PATH_IMAGE152
，并且
Figure 444148DEST_PATH_IMAGE153
，即 当前轮次
Figure 559871DEST_PATH_IMAGE154
的设备组
Figure 212701DEST_PATH_IMAGE003
包含在待选点构成的集合
Figure 490098DEST_PATH_IMAGE142
中，可以理解的是，特征点
Figure 94124DEST_PATH_IMAGE009
属于 当前轮次
Figure 747959DEST_PATH_IMAGE154
的设备组
Figure 255295DEST_PATH_IMAGE152
，即
Figure 703594DEST_PATH_IMAGE155
。
基于上述实施例，所述部署位置信息包括二维部署位置和部署高度；
步骤122包括：
步骤1221，基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到每组设备所对应无人机的二维部署位置，以及所述二维部署位置下的覆盖半径；
步骤1222，基于所述覆盖半径，确定所述无人机的部署高度。
具体地，在对所有未分组设备完成分组后，可以分别针对当前轮次
Figure 60495DEST_PATH_IMAGE154
的设备组
Figure 127808DEST_PATH_IMAGE152
内的地面设备位置信息，优化覆盖该组内所有地面设备的无人机三维位置以提升通信质 量。
根据公式（1）可知，无人机与地面设备间的距离越小，则无人机与地面设备间的通信覆盖质量越好，因此，可以通过最小化无人机的覆盖半径来提升无人机与地面设备间的通信质量。
具体地，基于空中基站部署模型的位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位 置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到每组设 备所对应无人机的二维部署位置，以及每组地面设备对应的无人机二维部署位置下的覆盖 半径，即
Figure 738918DEST_PATH_IMAGE156
，其中，
Figure 138544DEST_PATH_IMAGE157
是当前轮次
Figure 202315DEST_PATH_IMAGE122
的设备组
Figure 214264DEST_PATH_IMAGE158
内的地面设备
Figure 414302DEST_PATH_IMAGE159
对应的无人机的二维部署位置下的覆盖半径，
Figure 984829DEST_PATH_IMAGE160
、
Figure 535896DEST_PATH_IMAGE161
是每组设备中任一 设备
Figure 85957DEST_PATH_IMAGE159
的二维位置，
Figure 803419DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 30001DEST_PATH_IMAGE162
是当前轮次
Figure 819097DEST_PATH_IMAGE163
的设备组
Figure 422116DEST_PATH_IMAGE152
内地面设备
Figure 111592DEST_PATH_IMAGE029
对应的无人机的二 维部署位置。
基于上述实施例，图2是本发明提供的地面设备与无人机位置关系的结构示意图， 图2中，实心圆点表示二维平面内的地面设备，以无人机m为例，
Figure 509076DEST_PATH_IMAGE164
为任一无人机
Figure 785467DEST_PATH_IMAGE046
和地 面设备
Figure 926599DEST_PATH_IMAGE165
之间的俯角。在得到覆盖半径后，就可以确定无人机的部署高度，无人机的部署高 度为
Figure 736161DEST_PATH_IMAGE166
，其中
Figure 914332DEST_PATH_IMAGE167
为地面设备
Figure 192867DEST_PATH_IMAGE068
接入无人机的最大波瓣宽度，
Figure 121377DEST_PATH_IMAGE168
为当前轮次
Figure 536178DEST_PATH_IMAGE154
的设备组
Figure 26197DEST_PATH_IMAGE169
内地面设备
Figure 526448DEST_PATH_IMAGE170
的对应的无人机的二维部署位置下的覆盖半径，
Figure 993070DEST_PATH_IMAGE171
为当前轮次
Figure 527957DEST_PATH_IMAGE172
的设备组
Figure 188877DEST_PATH_IMAGE173
内地面设备
Figure 284746DEST_PATH_IMAGE029
的对应的无人机的部署高度，至此，当前轮次n的设备组
Figure 571371DEST_PATH_IMAGE174
内的 地面设备都已被无人机成功覆盖，并且覆盖所有地面设备所需的无人机数量是最少的。
基于上述实施例，步骤1221包括：
基于如下公式，对每组设备组所对应的无人机进行部署：
Figure 445917DEST_PATH_IMAGE175
Figure 792585DEST_PATH_IMAGE176
Figure 516696DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 75854DEST_PATH_IMAGE125
表示当前轮次，
Figure 70486DEST_PATH_IMAGE177
为当前轮次
Figure 322475DEST_PATH_IMAGE154
的设备组，
Figure 533883DEST_PATH_IMAGE178
、
Figure 162310DEST_PATH_IMAGE026
表示当前轮次
Figure 870503DEST_PATH_IMAGE024
的 设备组对应的无人机的二维位置，
Figure 808241DEST_PATH_IMAGE179
、
Figure 257677DEST_PATH_IMAGE180
表示每组地面设备中的任一设备
Figure 909369DEST_PATH_IMAGE181
的二维位置，
Figure 127861DEST_PATH_IMAGE182
、
Figure 970921DEST_PATH_IMAGE183
表示所有地面设备的二维位置范围的下限，
Figure 642074DEST_PATH_IMAGE184
、
Figure 628615DEST_PATH_IMAGE185
表示所有地面设 备的二维位置范围的上限，
Figure 436034DEST_PATH_IMAGE186
为
Figure 574629DEST_PATH_IMAGE187
中的任一地面设备。
需要说明的是，上述公式属于凸优化问题求解公式，可以通过内点法进行求解，也可以通过梯度下降法求解，还可以通过牛顿法求解，本发明实施例对此不作具体限定。
其中，
Figure 483811DEST_PATH_IMAGE188
为每组地面设备对应的无人机二维 部署位置下的覆盖半径，
Figure 992152DEST_PATH_IMAGE189
为最小化每组地面设 备对应的无人机的覆盖半径，由此得到的每组设备组对应的无人机的二维位置，能覆盖该 组所有地面设备，并且所需的无人机数量是最少的。
下面对本发明提供的无人机空中基站部署装置进行描述，下文描述的无人机空中基站部署装置与上文描述的无人机空中基站部署方法可相互对应参照。
基于上述实施例，图3是本发明提供的无人机空中基站部署装置的结构示意图，如图3所示，无人机空中基站部署装置包括：
部署模型单元310，用于获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；
部署位置信息单元320，用于求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
部署单元330，用于基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
本发明实施例提供的无人机空中基站部署装置，通过求解获取的空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息，并基于部署位置信息进行空间基站部署。此过程将无人机部署在求解出来的部署位置信息上，能够对所有地面设备进行覆盖，从而减少了部署所需的无人机数量，避免了资源的浪费，还能通过部署最少的无人机空中基站，实现任务区域内所有地面设备的高质量通信的效果，能够较低成本地解决无人机空中基站部署问题。
基于上述任一实施例，所述基站部署模型的约束条件包括：
位置约束条件，所述位置约束条件用于约束所述无人机的部署位置范围，所述位置约束条件基于所述地面设备的二维位置以及无人机的最大飞行高度确定；
接入数量约束条件，所述接入数量约束条件用于约束所述地面设备接入的无人机数量；
接入距离约束条件，所述接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，所述接入距离约束条件基于所述地面设备的最大容许服务半径确定。
基于上述任一实施例，所述最大容许服务半径基于如下步骤确定：
基于无人机与地面设备之间的大尺度信道衰落系数和LoS信道概率，确定所述无人机与地面设备之间的信道增益；
获取所述信道增益大于等于已知阈值时，所述无人机与地面设备之间的水平距离；
基于所述水平距离，以及所述无人机的最大飞行高度和所述地面设备接入无人机的最大波瓣宽度，确定所述最大容许服务半径。
基于上述任一实施例，所述部署位置信息单元包括：
地面设备分组子单元，用于基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，每组设备对应一个无人机；
位置确定子单元，用于基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息。
基于上述任一实施例，所述地面设备分组子单元具体用于：
确定未分组设备集合；
从所述未分组设备集合中选取最大容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点；
基于所述特征点与所述未分组设备集合中各地面设备之间的距离，以及所述特征点的最大容许服务半径，确定所述当前轮次的待选点；
将所述特征点加入当前轮次的设备组，并基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，更新所述未分组设备集合，直至所述未分组设备集合为空。
基于上述任一实施例，所述地面设备分组子单元具体用于：
基于如下公式，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组：
Figure 168925DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 370099DEST_PATH_IMAGE190
表示当前轮次，
Figure 766576DEST_PATH_IMAGE003
为当前轮次
Figure 813030DEST_PATH_IMAGE139
的设备组，
Figure 844309DEST_PATH_IMAGE191
表示当前轮次
Figure 216384DEST_PATH_IMAGE122
设备组 的基数；
Figure 100158DEST_PATH_IMAGE006
表示待选点构成的集合，
Figure 324203DEST_PATH_IMAGE007
为
Figure 226300DEST_PATH_IMAGE192
中的任意待选点，
Figure 254430DEST_PATH_IMAGE009
为特征点，
Figure 609188DEST_PATH_IMAGE144
、
Figure 777870DEST_PATH_IMAGE193
表示特征点
Figure 268894DEST_PATH_IMAGE015
的二维位置，
Figure 733505DEST_PATH_IMAGE194
、
Figure 575559DEST_PATH_IMAGE195
表示待选点
Figure 282353DEST_PATH_IMAGE017
的二维位置；
Figure 503250DEST_PATH_IMAGE014
表示特征点
Figure 653608DEST_PATH_IMAGE143
的 最大容许服务半径，
Figure 990084DEST_PATH_IMAGE111
表示待选点
Figure 985722DEST_PATH_IMAGE065
的最大容许服务半径；
Figure 202071DEST_PATH_IMAGE150
、
Figure 523331DEST_PATH_IMAGE196
表示当前轮次
Figure 58086DEST_PATH_IMAGE154
的设 备组对应的无人机的二维位置。
基于上述任一实施例，所述部署位置信息包括二维部署位置和部署高度；
所述位置确定子单元具体用于：
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到每组设备所对应无人机的二维部署位置，以及所述二维部署位置下的覆盖半径；
基于所述覆盖半径，确定所述无人机的部署高度。
基于上述任一实施例，所述位置确定子单元具体用于：
基于如下公式，对每组设备组所对应的无人机进行部署：
Figure 122994DEST_PATH_IMAGE197
Figure 459429DEST_PATH_IMAGE176
Figure 794333DEST_PATH_IMAGE198
其中，
Figure 645745DEST_PATH_IMAGE139
表示当前轮次，
Figure 825929DEST_PATH_IMAGE169
为当前轮次
Figure 558DEST_PATH_IMAGE125
的设备组，
Figure 414353DEST_PATH_IMAGE199
、
Figure 940012DEST_PATH_IMAGE200
表示当前轮次
Figure 330411DEST_PATH_IMAGE139
的设 备组对应的无人机的二维位置，
Figure 890706DEST_PATH_IMAGE201
、
Figure 944243DEST_PATH_IMAGE202
表示每组地面设备中的任一设备
Figure 222778DEST_PATH_IMAGE203
的二维位置，
Figure 275922DEST_PATH_IMAGE182
、
Figure 441456DEST_PATH_IMAGE204
表示所有地面设备的二维位置范围的下限，
Figure 180741DEST_PATH_IMAGE184
、
Figure 664681DEST_PATH_IMAGE185
表示所有地面设 备的二维位置范围的上限，
Figure 413194DEST_PATH_IMAGE029
为
Figure 167655DEST_PATH_IMAGE023
中的任一地面设备。
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行无人机空中基站部署方法，该方法包括：获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的无人机空中基站部署方法，该方法包括：获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，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以执行上述各方法提供的无人机空中基站部署方法，该方法包括：获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；基于所述部署位置信息，进行空中基站部署。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种无人机空中基站部署方法，其特征在于，包括：
获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；
求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
基于所述部署位置信息，进行空中基站部署；
所述基站部署模型的约束条件包括：
位置约束条件，所述位置约束条件用于约束所述无人机的部署位置范围，所述位置约束条件基于所述地面设备的二维位置以及无人机的最大飞行高度确定；
接入数量约束条件，所述接入数量约束条件用于约束所述地面设备接入的无人机数量；
接入距离约束条件，所述接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，所述接入距离约束条件基于所述地面设备的最大容许服务半径确定；
所述求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息，包括：
基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，每组设备对应一个无人机；
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息；
所述基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，包括：
确定未分组设备集合；
从所述未分组设备集合中选取最大容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点；
基于所述特征点与所述未分组设备集合中各地面设备之间的距离，以及所述特征点的最大容许服务半径，确定所述当前轮次的待选点；
将所述特征点加入当前轮次的设备组，并基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，更新所述未分组设备集合，直至所述未分组设备集合为空。
2.根据权利要求1所述的无人机空中基站部署方法，其特征在于，所述最大容许服务半径基于如下步骤确定：
基于无人机与地面设备之间的大尺度信道衰落系数和LoS信道概率，确定所述无人机与地面设备之间的信道增益；
获取所述信道增益大于等于已知阈值时，所述无人机与地面设备之间的水平距离；
基于所述水平距离，以及所述无人机的最大飞行高度和所述地面设备接入无人机的最大波瓣宽度，确定所述最大容许服务半径。
3.根据权利要求1所述的无人机空中基站部署方法，其特征在于，所述基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，包括：
基于如下公式，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组：
Figure 555872DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 224882DEST_PATH_IMAGE002
表示当前轮次，
Figure 860263DEST_PATH_IMAGE003
为当前轮次
Figure 282017DEST_PATH_IMAGE002
的设备组，
Figure 344651DEST_PATH_IMAGE004
表示当前轮次
Figure 484645DEST_PATH_IMAGE002
设备组的基数；
Figure 674449DEST_PATH_IMAGE005
表示待选点构成的集合，
Figure 481868DEST_PATH_IMAGE006
为
Figure 715403DEST_PATH_IMAGE005
中的任意待选点，
Figure 77114DEST_PATH_IMAGE007
为特征点，
Figure 319877DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 201376DEST_PATH_IMAGE009
表示特 征点
Figure 871392DEST_PATH_IMAGE007
的二维位置，
Figure 720399DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 235694DEST_PATH_IMAGE011
表示待选点
Figure 752126DEST_PATH_IMAGE012
的二维位置；
Figure 327464DEST_PATH_IMAGE013
表示特征点
Figure 694728DEST_PATH_IMAGE007
的最大容许服务半 径，
Figure 13714DEST_PATH_IMAGE014
表示待选点
Figure 384652DEST_PATH_IMAGE012
的最大容许服务半径；
Figure 130891DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 688911DEST_PATH_IMAGE016
表示当前轮次
Figure 827900DEST_PATH_IMAGE002
的设备组对应的无人机 的二维位置。
4.根据权利要求1所述的无人机空中基站部署方法，其特征在于，所述部署位置信息包括二维部署位置和部署高度；
所述基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息，包括：
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到每组设备所对应无人机的二维部署位置，以及所述二维部署位置下的覆盖半径；
基于所述覆盖半径，确定所述无人机的部署高度。
5.根据权利要求4所述的无人机空中基站部署方法，其特征在于，所述基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，包括：
基于如下公式，对每组设备组所对应的无人机进行部署：
Figure 787766DEST_PATH_IMAGE017
Figure 704906DEST_PATH_IMAGE018
Figure 281381DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 207749DEST_PATH_IMAGE002
表示当前轮次，
Figure 22121DEST_PATH_IMAGE020
为当前轮次
Figure 126474DEST_PATH_IMAGE002
的设备组，
Figure 659087DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 389145DEST_PATH_IMAGE016
表示当前轮次
Figure 58024DEST_PATH_IMAGE002
的设备组对 应的无人机的二维位置，
Figure 582546DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 884346DEST_PATH_IMAGE022
表示每组地面设备中的任一设备
Figure 886937DEST_PATH_IMAGE023
的二维位置，
Figure 941481DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 636904DEST_PATH_IMAGE025
表示所有地面设备的二维位置范围的下限，
Figure 144109DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 950391DEST_PATH_IMAGE027
表示所有地面设备的二维位 置范围的上限，
Figure 872823DEST_PATH_IMAGE023
为
Figure 473569DEST_PATH_IMAGE020
中的任一地面设备。
6.一种无人机空中基站部署装置，其特征在于，包括：
部署模型单元，用于获取空中基站部署模型，所述空中基站部署模型以作为空中基站的无人机数量最小为目标，以无人机的部署位置范围、地面设备接入的无人机数量、地面设备接入无人机时的距离为约束条件构建；
部署位置信息单元，用于求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息；
部署单元，用于基于所述部署位置信息，进行空中基站部署；
所述基站部署模型的约束条件包括：
位置约束条件，所述位置约束条件用于约束所述无人机的部署位置范围，所述位置约束条件基于所述地面设备的二维位置以及无人机的最大飞行高度确定；
接入数量约束条件，所述接入数量约束条件用于约束所述地面设备接入的无人机数量；
接入距离约束条件，所述接入距离约束条件用于约束地面设备接入无人机时的距离，所述接入距离约束条件基于所述地面设备的最大容许服务半径确定；
所述求解所述空中基站部署模型，得到无人机的部署位置信息，包括：
基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，每组设备对应一个无人机；
基于所述位置约束条件和每组设备中地面设备的二维位置，以最小化无人机的覆盖半径为目标，对每组设备所对应的无人机进行部署，得到所述部署位置信息；
所述基于所述接入数量约束条件和所述接入距离约束条件，以作为空中基站的无人机数量最小为目标，对所述地面设备进行分组，得到多组设备，包括：
确定未分组设备集合；
从所述未分组设备集合中选取最大容许服务半径最小的地面设备作为当前轮次的特征点；
基于所述特征点与所述未分组设备集合中各地面设备之间的距离，以及所述特征点的最大容许服务半径，确定所述当前轮次的待选点；
将所述特征点加入当前轮次的设备组，并基于所述接入距离约束条件，以及所述特征点和待选点的二维位置，以与所述特征点接入同一无人机的待选点的数量最大为目标，选取与所述特征点接入同一无人机的待选点加入当前轮次的设备组，更新所述未分组设备集合，直至所述未分组设备集合为空。
7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述无人机空中基站部署方法。
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WO2018082711A1 (zh) * 2016-11-07 2018-05-11 北京佰才邦技术有限公司 一种基站部署方法、网络服务器及无人机
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