一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，所述通信系统用于低空领域下的无人机飞行巡航的通信数据交换，所述低空领域为包括多架无人机共同协作巡航、侦测、采集数据后传输至远程云平台形成的整个系统，其特征在于，所述系统还包括设置于无人机上的蓝牙通信数据接收模块、用于实时监测无人机飞行数据的数据采集模块、能量实时监测模块，所述云平台包括中央处理模块、协调管理模块、任务分配模块、巡航轨迹规划模块、能耗评估模块；多架无人机上的所述蓝牙通信数据接收模块用于接收远程云平台发射的任务数据，根据云平台中央处理模块的中央处理计算后，所述协调管理模块、所述任务分配模块和所述巡航轨迹模块发出的指令执行任务；所述能耗评估模块，用于根据所述能量实时监测模块所采集到的数据监测多架无人机中每架无人机的飞行巡航状态，实时将监测数据反馈给中央处理模块；所述中央处理模块用于根据能耗评估模块评估得到的多架无人机中的各个无人机的能耗水平所允许的飞行状态，统筹协调多架无人机的能耗水平所允许的飞行状态、飞行任务和巡航轨迹规划，分别发送至所述协调管理模块、任务分配模块和巡航轨迹模块；所述协调管理模块，用于接收中央处理模块的多架无人机能耗水平所允许的飞行状态规划，向多架无人机发出指令，在能耗水平允许的飞行区域内飞行；所述任务分配模块，用于分别控制能耗不足的第一能耗水平的无人机返航，能耗处于中级水平的第二能耗水平的无人机继续飞行巡航领域的较远区域，能耗处于较高水平的第三能耗水平的无人机飞行至巡航领域的边界处；所述巡航轨迹模块，用于控制不同能耗水平内的多架子无人机中每架无人机按照中央处理模块规划的巡航轨迹在能耗水平允许范围内巡航。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述系统还包括远程云平台的蓝牙通信数据发射模块、蓝牙数据信号处理模块，所述蓝牙通信数据发射模块用于接收所述协调管理模块、所述任务分配模块和所述巡航轨迹模块发出的指令，然后经过所述蓝牙数据信号处理模块后发射至所述蓝牙通信数据接收模块。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述远程云平台还包括云数据管理模块，用于存储多架无人机上的数据采集模块采集到的数据信息。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述能量实时监测模块包括电能实时监测采集模块和油量实时监测采集模块。5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述能耗实时监测模块采集m时刻的第j架无人机电能存余量e
j
(m)和油量存余量o
j
(m)，所述能耗评估模块计算从第j架无人机被监测的t-k时刻至t时刻这一过程后，第t时刻所述第j架所处的能耗水平l
j
计算公式如下：其中，为第j架无人机于m时刻电能存余量e
j
(m)的计算加权系数，第j架无人机于
m时刻油量存余量o
j
(m)的计算加权系数，λ为电能转化为动力的效率，φ为燃油转化为动力的效率，α
e
(m)为第j架于m时刻无人机电能存余量e
j
(m)的误差项，β
o
(m)为第j架于m时刻无人机油量存余量o
j
(m)的误差项；j＝1,2,3,
…
,n；m＝t-k,t-k 1,
…
,t。6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述电能转化为动力的效率λ为40％-50％，所述燃油转化为动力的效率φ为15％-30％。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统，其特征在于，所述第一能耗水平为10％-20％，所述第二能耗水平为20％-50％，所述第三能耗水平为50％-90％。8.根据权利要求1-7任一所述系统的一种基于物联网的无人机蓝牙通信方法，其特征在于，包括以下步骤：s101、所述能量实时监测模块实时监测多架无人机的采集m时刻的无人机电能存余量e
j
(m)和油量存余量o
j
(m)，并通过蓝牙通信数据接收模块传输至所述远程云平台s102、所述云平台的能耗评估模块接收所述s101步骤采集到的m时刻的无人机电能存余量e
j
(m)和油量存余量o
j
(m)，计算从第j架无人机被监测的t-k时刻至t时刻这一过程后，第t时刻所述第j架所处的能耗水平l
j
，并将计算结果传输至所述中央处理模块；s103、所述中央处理模块统计多架无人机m时刻的能耗水平，计算得到处于所述第一能耗水平的无人机所占比重x、处于所述第二能耗水平的无人机所占比重y、处于所述第三能耗水平的无人机所占比重z，x y z＝1，按照多架无人机巡航所在区域由中心点o占整个所述区域半径的长度r的不同比例划分第一圆形巡航区，第二环形巡航区和第三环形巡航区；所述第一圆形巡航区为圆形，第一圆形巡航区的半径为r1；所述第二环形巡航区为环形，内半径为第一圆形巡航区的半径，外半径为第二半径为r2；所述第三环形巡航区为环形，内半径为第二环形半径r2，外半径为第三半径r3；所述中央计算模块计算多架无人机h台在所述第一圆形巡航区、第二巡航区和第三巡航区内的巡航数量，以及根据实时变化的每一时刻m所述第一能耗水平的无人机所占比重x、处于所述第二能耗水平的无人机所占比重y、处于所述第三能耗水平的无人机所占比重z的不同采用粒子群优化算法进行不断迭代优化而进行动态调整，并计算多架无人机在所述第一圆形巡航区、第二巡航区和第三巡航区内的多架子无人机中每架无人机的巡航轨迹；将每架无人机的能耗水平发送至协调管理模块，将多架无人机在所述第一圆形巡航区、第二巡航区和第三巡航区内的巡航数量发送至所述任务分配模块，将多架无人机在所述第一圆形巡航区、第二巡航区和第三巡航区内的多架子无人机中每架无人机的巡航轨迹发送至所述巡航轨迹模块；s104、所述协调管理模块接收中央处理模块的多架无人机的能耗水平所允许的飞行状态，向多架无人机发出指令协调多架无人机在能耗水平允许的飞行区域内飞行；所述任务分配模块接收中央处理模块的指令，分别控制能耗不足的第一能耗水平的无人机返航，能耗处于中级水平的第二能耗水平的无人机继续飞行巡航领域的较远区域，能耗处于较高水平的第三能耗水平的无人机飞行至巡航领域的边界处；所述巡航轨迹模块接收中央处理模块的指令，控制多架子无人机中的每架无人机的巡航轨迹按照所述巡航轨迹在能耗水平允许范围内巡航。9.根据权利要求8所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信方法，其特征在于，所述第
一圆形巡航区的半径所述第二环形巡航区的第二半径所述第三环形区的第三半径10.根据权利要求8所述的一种基于物联网的无人机蓝牙通信方法，其特征在于，所述协调管理模块、所述任务分配模块和所述巡航轨迹模块在将控制指令发送至多架无人机上设置的蓝牙通信数据接收模块前，通过所述蓝牙数据信号处理模块采用快速傅里叶变换算法将所述协调管理模块、所述任务分配模块和所述巡航轨迹模块三个频域信道的信号转换为时域信号，进行降噪处理，然后再将降噪后的时域信号传输至所述蓝牙通信数据发射模块传输至所述蓝牙通信数据接收模块，进而控制所述多架无人机中的每架无人机的飞行；所述蓝牙通信数据处理模块的快速傅里叶变化算法包括以下步骤：1)将三个频域信道的信号，构建信道刺激响应模型k(g,ε)：k(g,ε)＝∑
q
γ
q
(g)ρ(ε-ε
q
)；其中，γ
q
(g)为第q条信号传输路径的幅度值，满足平稳高斯随机过程，q＝1,2,3，分别代表所述协调管理模块的信号传输路径的第一路径，所述任务分配模块的信号传输路径的第二路径，所述巡航轨迹模块的信号传输路径的第三路径，γ
q
(g)相互独立；ε为所在第q条路径的信号传输时间，ε
q
为所在第q条路径的时延；ρ(
·
)为所在第q条路径信号传输刺激响应时差计算；g为信号传输的第g时刻；且∑
q
e[γ
q
(g)|2ρ(ε-ε
q
)]＝1；2)构建三个频域信道的频域计算模型：3)在理想的符号同步和采样时钟同步条件下，插入循环前缀后，将离散时域上的三条路径信道对信号的线性卷积x(i)转换为循环卷积y(i)，此时通过信道的信号经过采样得到的具有循环卷积y(i)的接收信号为：其中k(i)为根据所述步骤1)构建的信道刺激响应模型计算得到的卷积转换信道刺激响应值，v(i)为噪声信号在卷积转换过程中的信号值；4)经过所述快速傅里叶变换算法最终得到的所述蓝牙通信数据发射模块所要发射的频域信号为：y
q
＝k
q
x
q
v
q
；其中，k
q
为根据所述步骤2)构建的三个频域信道的频域计算模型计算得到的信道频域刺激响应值，v
q
为所述噪声信号在最终快速傅里叶变换过程中的噪声频域信号值。

技术总结
本发明提供一种基于物联网的无人机蓝牙通信系统及方法，通信系统用于低空领域下的无人机飞行巡航的通信数据交换，低空领域为包括多架无人机共同协作巡航、侦测、采集数据后传输至远程云平台形成的整个系统，系统还包括蓝牙通信数据接收模块、数据采集模块、能量实时监测模块，云平台包括中央处理模块、协调管理模块、任务分配模块、巡航轨迹规划模块、能耗评估模块。本发明能够通过中央处理模块根据实时监测得到的能耗评估模块计算得到的每架无人机的能耗水平统筹所有多架无人机的不同能耗水平并划分出根据实时变化的能耗水平变化半径的第一圆形巡航区、第二环形巡航区和第三环形巡航区以及规划适应于每架无人机的巡航路径。径。径。


技术研发人员：马武彬 吴亚辉 邓苏 周浩浩 鲁辰阳 钟佳淋 常沙
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/21