(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111504159.3 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 中国人民解 放军陆军工程大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区后标营 路88号 (72)发明人 李宁　刘存涛　郭艳　王萌　李伟　 宋晓祥　周彬　薛端　 (74)专利代理 机构 北京力量专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11504 代理人 王鸿远 (51)Int.Cl. H04L 67/125(2022.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G05D 1/10(2006.01) (54)发明名称 多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨 迹优化方法 (57)摘要 多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨 迹优化方法， 涉及任务分配及智能轨迹优化方法 的技术领域。 包括如下步骤： 对约束条件及问题 模型进行形式化描述， 设计基于迭代优化的问题 求解框架， 并提出基于多种群遗传算法及凸优化 技术的求解算法实现对多无人机任务分配和轨 迹优化问题的求解。 本发明结合了多无人机的协 同任务分配及轨迹优化， 综合考虑了无人机能 耗、 飞行速度、 碰撞避免等约束条件以及用户的 差异化需求， 可以有效的为每架无人机分配目标 和用户的访问集合以及访问顺序， 以达到最小化 信息年龄的目的。 相比于随机算法、 基于贪婪准 则的算法以及传统遗传算法， 该方法在缩短任务 完成时间和平均信息年龄方面表象更 出色。 权利要求书5页 说明书12页 附图4页 CN 114172942 A 2022.03.11 CN 114172942 A 1.一种多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨迹优化方法， 其特征在于包括如下步 骤： 步骤1： 约束条件及问题模型的形式化描述； 步骤2： 结合 步骤1建立的问题模型， 设计问题求 解框架； 步骤3： 对步骤2建立的问题求解框架， 利用基于协作的多种群遗传算法得到任务分配 和轨迹优化问题的较优解， 基于种群之间共享信息， 通过单种群最优解和全局的最优解引 导个体的进化操作， 提高算法的全局搜索能力； 而后基于凸优化技术得到信息交互点的最 有选址。 2.根据权利要求1所述的多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨迹优化方法， 其特 征在于上述 步骤1的问题模型 形式化描述， 包括： 数据中心、 目标点和用户的位置分别以lo＝(xo,yo)， lk＝(xk,yk)， lm＝(xm,ym)表示； 无 人机n在t时刻的位置表示为ln(t)＝(xn(t),yn(t),H)； 无人机n除悬停外以速度vmax匀速直 线飞行； 无线信道建模为 LoS信道； 在数据采集 阶段， 假设无人机n对目标点 实施侦察的开始 时刻和结束时刻分别为 和 信道增益为 其中， β0表示参考距离d0＝1 (m)处的功率增益， 表示无人机n与目标 在 时刻的通信距离； 记 的发射功率 为p0， 相应的数据传输速率 其中， σ2是接收机处的加性高 斯白噪声功率， B代 表可用信道带宽， 和 通过下式进行计算。 其中， i∈[0,|Kn|]， i＝0用于指代数据中心， 即 Ii表示应从目标 中收集的数 据量， 表示无人机n从 飞到 的飞行轨 迹长度。 3.根据权利要求2所述的多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨迹优化方法， 其特 征在于还 包括： 在数据共享阶段， 采用时分多址模式， 记最后一架无人机到达悬停点的时间为 无人 机离开信息交 互点的时间为 则由下式计算 和 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114172942 A 2其中， 表示无人机n的飞行轨迹中从 到信息交互点的轨迹片段。 同时， n1与n2 之间信道的功率增益表示为 和 分 别表示无人机n1和n2在 时刻的位置。 记无人机的发射功率为p1， 则相应的数据传输速率 4.根据权利要求3所述的多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨迹优化方法， 其特 征在于还 包括： 在数据分发阶段， 记无人机n对用户 传输数据的开始和结束时刻为 和 信道 增益为 数据传输速率 引 入二值指示变量χm,n和Γm,k， χm,n用来表示无人机n是否为用户m提供服务， 而Γm,k用来表示 用户m是否需要从目标k收集数据； 基于此， 和 通过下式计算： 其中， j∈[0,|Mn|]， j＝0用于指代信息交互点， 即 Ik表示应从地面传感器 k中收 集的数据量， 表示无人机n从 飞到 的飞行轨 迹片段。 5.根据权利要求4所述的多无人机辅助物联网的协同任务分配与轨迹优化方法， 其特 征在于上述 步骤1的问题模型包括： 能耗模型： 在运动能耗方面， 包括飞行能耗和悬停能耗两部分， 两者都与 无人机的推进 功率密切相关， 由下式计算： 其中， 分别表示悬停状态下无人机的剖面功率和 感应功率； δ是无人机的翼型阻力系数， W是无人机的重量， Ω是无人机的叶片角速度， 是 无人机的转子半径， l是感应功率的增量修正系数； Utip为悬挂叶片的叶尖速度， v0代表悬停权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114172942 A 3