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龍圖騰網(wǎng)恭喜中北大學(xué)申請(qǐng)的專利一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法獲國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN119893463B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-06-13發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202510377332.X，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04W4/38；該發(fā)明授權(quán)一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法是由劉昊;郭曉宇;張文棟;魯旭濤;李靜;趙河明;彭志凌設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2025-03-28向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明涉及無人機(jī)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)交叉的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法，包括步驟1：構(gòu)建異構(gòu)無人機(jī)編隊(duì)分層式數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)；步驟2：確定數(shù)據(jù)收集無人機(jī)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋范圍；步驟3：進(jìn)行第一輪正六邊形覆蓋；步驟4：進(jìn)行第二輪正六邊形覆蓋；步驟5：對(duì)通信無人機(jī)初始飛行路徑進(jìn)行優(yōu)化；步驟6：確定數(shù)據(jù)收集無人機(jī)任務(wù)區(qū)域中心坐標(biāo)信息；步驟7：進(jìn)行數(shù)據(jù)無人機(jī)編隊(duì)動(dòng)態(tài)任務(wù)分配；步驟8：進(jìn)行數(shù)據(jù)收集無人機(jī)位置調(diào)整；步驟9：通信無人機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的位置調(diào)整；步驟S10：判斷是否完成對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集，若是，循環(huán)步驟S7~步驟S10，進(jìn)行下一輪任務(wù)；若否，結(jié)束任務(wù)。

本發(fā)明授權(quán)一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)異構(gòu)無人機(jī)群輔助無線傳感器數(shù)據(jù)收集方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 步驟S1：確定無線傳感器節(jié)點(diǎn)的分布區(qū)域及其范圍，構(gòu)建異構(gòu)無人機(jī)編隊(duì)分層式數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)收集無人機(jī)和通信無人機(jī) 步驟S2：確定數(shù)據(jù)收集無人機(jī)對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋范圍； 步驟S3：按照步驟S2得到的通信覆蓋范圍，對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的分布區(qū)域進(jìn)行第一輪正六邊形覆蓋劃分，形成第一層蜂窩覆蓋結(jié)構(gòu)，即蜂窩覆蓋1，得到所有正六邊形區(qū)域的中心坐標(biāo)作為數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的任務(wù)區(qū)域； 步驟S4：計(jì)算通信無人機(jī)與數(shù)據(jù)收集無人機(jī)之間的通信范圍，進(jìn)一步對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的分布區(qū)域進(jìn)行第二輪正六邊形覆蓋劃分，建立第二層蜂窩覆蓋結(jié)構(gòu)，即蜂窩覆蓋2，得到通信無人機(jī)的初始航跡點(diǎn) 步驟S5：將通信無人機(jī)的初始航跡點(diǎn)作為輸入，對(duì)通信無人機(jī)初始飛行路徑進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的通信無人機(jī)的航跡矩陣 步驟S6：按照航跡矩陣內(nèi)航跡點(diǎn)的順序，逐次確定每一個(gè)通信無人機(jī)的通信覆蓋區(qū)域內(nèi)所包含數(shù)據(jù)收集無人機(jī)任務(wù)區(qū)域的中心坐標(biāo)信息； 步驟S7：按照通信無人機(jī)的航跡矩陣進(jìn)行通信無人機(jī)引導(dǎo)下的數(shù)據(jù)無人機(jī)編隊(duì)動(dòng)態(tài)任務(wù)分配； 步驟S8：數(shù)據(jù)收集無人機(jī)進(jìn)入對(duì)應(yīng)任務(wù)區(qū)域，對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)所攜帶的數(shù)據(jù)量進(jìn)行感知，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的數(shù)據(jù)收集位置調(diào)整，以降低無線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗； 步驟S9：通信無人機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)的位置，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的位置調(diào)整，以提升數(shù)據(jù)傳輸速率； 步驟S10：判斷是否完成對(duì)所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集；若是，循環(huán)步驟S7～步驟S10，進(jìn)行下一輪任務(wù)；若否，結(jié)束任務(wù)； 所述步驟S5：將通信無人機(jī)的初始航跡點(diǎn)作為輸入，對(duì)通信無人機(jī)初始飛行路徑進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化后的通信無人機(jī)的航跡矩陣具體如下： 步驟S5.1：將矩陣按列展平為大小的矩陣 步驟S5.2：對(duì)通信無人機(jī)的飛行路徑優(yōu)化，建立下面優(yōu)化模型： 其中，ξKL用于標(biāo)記任意兩個(gè)初始航跡點(diǎn)之間的連線是否被規(guī)劃至通信無人機(jī)的飛行路徑內(nèi)；ξKL＝1表示第K個(gè)初始航跡點(diǎn)和第L個(gè)初始航跡點(diǎn)連線被規(guī)劃為通信無人機(jī)的飛行路線，否則ξKL＝0；公式11、公式12表示對(duì)矩陣內(nèi)正六邊形中心進(jìn)行排序，得到新矩陣通信無人機(jī)將新矩陣內(nèi)的初始航跡點(diǎn)作為路徑點(diǎn)，按照新矩陣內(nèi)順序飛行時(shí)，飛行總距離最短； 所述步驟S7：按照通信無人機(jī)的航跡矩陣進(jìn)行通信無人機(jī)引導(dǎo)下的數(shù)據(jù)無人機(jī)編隊(duì)動(dòng)態(tài)任務(wù)分配；具體如下： 步驟S7.1：引入任務(wù)輪次的概念，初始化任務(wù)輪次Ω＝1；數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)完成對(duì)指定區(qū)域內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl數(shù)據(jù)收集一次，Ω的取值加1，即任務(wù)輪次自增； 步驟S7.2：建立任務(wù)庫矩陣XΩ＝{XΩ,Tt}，用于保存第Ω輪任務(wù)中，數(shù)據(jù)收集無人機(jī)可選擇的任務(wù)區(qū)域中心坐標(biāo)，初始化任務(wù)庫矩陣XΩ＝{}為空集；其中，任務(wù)庫矩陣XΩ是動(dòng)態(tài)變化的，每一輪任務(wù)中，任務(wù)庫矩陣XΩ內(nèi)任務(wù)點(diǎn)的數(shù)量需要大于等于數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的數(shù)量；若任務(wù)庫矩陣XΩ的維度為則需要滿足對(duì)應(yīng)的任務(wù)點(diǎn)被選擇后，從任務(wù)庫矩陣XΩ中刪除；當(dāng)時(shí)，表明需要添加新的任務(wù)點(diǎn)，即XΩ＝{XΩ,Tt+1}； 步驟S7.3：建立第Ω輪數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)任務(wù)分配模型；即在任務(wù)庫矩陣XΩ內(nèi)，根據(jù)數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的當(dāng)前位置為每一架數(shù)據(jù)收集無人機(jī)尋找一個(gè)任務(wù)點(diǎn) 為數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的飛行高度，使得下一輪任務(wù)中數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)的飛行距離最小，模型如下： 其中，U′Ω＝{U′Ω,1,U′Ω,2,...,U′Ω,k}，δk為懲罰變量，δk保證了任務(wù)點(diǎn)只被選擇一次，當(dāng)某一任務(wù)點(diǎn)被第一次選擇時(shí)δk＝1u，當(dāng)再次選擇時(shí)δk＝∞； 步驟S7.4：得到數(shù)據(jù)收集無人機(jī)初始位置后，數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)通過調(diào)整飛行速度，協(xié)同抵達(dá)對(duì)應(yīng)的任務(wù)區(qū)域； 所述步驟S8：數(shù)據(jù)收集無人機(jī)進(jìn)入對(duì)應(yīng)任務(wù)區(qū)域，對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)所攜帶的數(shù)據(jù)量進(jìn)行感知，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的數(shù)據(jù)收集位置調(diào)整，以降低無線傳感器節(jié)點(diǎn)能耗；具體如下： 步驟S8.1：數(shù)據(jù)收集無人機(jī)數(shù)據(jù)感知：得到每一架數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的任務(wù)區(qū)域信息后，數(shù)據(jù)收集無人機(jī)飛抵指定任務(wù)區(qū)域中心U′Ω,k；廣播自身位置信息，無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl在收到廣播后，將其位置信息、剩余能量及需要發(fā)送的數(shù)據(jù)量Il打包發(fā)送至數(shù)據(jù)收集無人機(jī)數(shù)據(jù)收集無人機(jī)獲得該區(qū)域無線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量記為NΩk； 步驟S8.2：當(dāng)數(shù)據(jù)收集無人機(jī)和無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl之間距離為dlk時(shí)，通信能耗Elk計(jì)算如下： 其中，Etx,Erx分別表示數(shù)據(jù)發(fā)送能耗及數(shù)據(jù)接收能耗；Il表示無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl的數(shù)據(jù)量；Ee表示通信模塊的工作能耗，EDA為數(shù)據(jù)聚合能耗；Ef,Ea分別表示放大信號(hào)所需能耗，取決于收發(fā)距離及誤比特率； 步驟S8.3：對(duì)無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl剩余能量及通信能耗歸一化處理，得到歸一化剩余能量和歸一化通信能耗的值： 其中， maxE、minE分別表示NΩk個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)Sl中最高的剩余能量值、最低的剩余能量值、最高的通信能耗、以及最低的通信能耗； 步驟S8.4：建立在第Ω輪任務(wù)中,數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的通信覆蓋區(qū)域內(nèi)，完成對(duì)數(shù)量為NΩk個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集時(shí)，總代價(jià)為： 將數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的數(shù)據(jù)收集位置優(yōu)化調(diào)整歸結(jié)為，根據(jù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl所攜帶的數(shù)據(jù)量及其分布尋找一個(gè)最優(yōu)數(shù)據(jù)收集位置U″Ω,k，使得區(qū)域內(nèi)所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量值之和最大，目標(biāo)函數(shù)及約束條件如下： 其中，公式19在保證覆蓋范圍下，保證了數(shù)據(jù)收集無人機(jī)在位置調(diào)整以后依舊能夠保證對(duì)該區(qū)域內(nèi)所有的無線傳感器節(jié)點(diǎn)Sl的覆蓋；公式18、公式19為線性規(guī)劃問題，可令將其轉(zhuǎn)化為最小化問題； 步驟S8.5：得到最優(yōu)數(shù)據(jù)收集位置U″Ω,k后，數(shù)據(jù)收集無人機(jī)進(jìn)行位置調(diào)整，并開始數(shù)據(jù)收集； 所述步驟S9：通信無人機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)的位置，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的位置調(diào)整，以提升數(shù)據(jù)傳輸速率； 步驟S9.1：數(shù)據(jù)收集無人機(jī)計(jì)算到最優(yōu)數(shù)據(jù)收集位置U″Ω,k之后，向通信無人機(jī)上傳對(duì)應(yīng)坐標(biāo)； 步驟S9.2：設(shè)通信無人機(jī)在第Ω輪任務(wù)中坐標(biāo)為在該坐標(biāo)下，數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)到通信無人機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到最大；進(jìn)一步結(jié)合香農(nóng)定理可以求得系統(tǒng)總數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)率為： 其中，為信道功率增益；Pk、分別表示數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的最大發(fā)射功率、通信無人機(jī)和數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的通信信道帶寬和通信無人機(jī)接收端的高斯白噪聲功率；βu表示1m處的參考信道功率增益； 步驟S9.3：通信無人機(jī)最優(yōu)的位置優(yōu)化模型為： 公式21、公式22表示尋找通信無人機(jī)的最優(yōu)位置使得數(shù)據(jù)收集無人機(jī)編隊(duì)到通信無人機(jī)的整體數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到最大；約束條件保證了通信無人機(jī)和數(shù)據(jù)收集無人機(jī)的通信連接； 步驟S9.4：對(duì)公式21、公式22求解，將最大化后的整體數(shù)據(jù)吞吐量問題轉(zhuǎn)為最小化問題，即：對(duì)應(yīng)解的范圍上界和下界以及約束條件不發(fā)生變化。

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