【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及無線通信和計算機，具體來說涉及多無人機輔助地面用戶通信領域，更具體地說，涉及一種通感一體化分布式無人機通信系統與方法。
技術介紹
1、通感一體化已成為未來無線網絡的關鍵技術，與單獨的雷達感知系統和通信系統不同，通感一體化中通信和感知共享相同的硬件基礎設施，為通信用戶提供通信服務的同時，從回波信號中提取用戶位置、移動速度等信息，進一步利用感知信息輔助通信資源調度。然而，通感一體化的感知性能與發射器和接收器之間的信道環境密切相關，距離較遠和障礙物阻擋將導致嚴重的回波信號損耗，使感知性能嚴重下降。無人機具有靈活的3d移動性和高空飛行特點，可以快速部署到救災、應急通信、軍事通信等無線通信場景中，為地面用戶提供良好的視距鏈接，顯著改善通信網絡的覆蓋范圍和性能。因此，無人機被視為潛力巨大的空中通感一體化平臺，能夠提供更加可控高效的通信和感知服務。然而，多無人機通信網絡的傳統工作集中在感知或通信系統的單獨設計上，例如以提高感知精度或最大化通信速率為目標，進行技術方案優化。與單獨設計的感知或通信系統不同，無人機通感一體化系統的設計受到多種復雜因素的影響，包括通感一體化波形設計、感知和通信帶寬資源的分配、無人機軌跡優化等，給通感一體化系統下的多無人機調度帶來了新的挑戰。
2、下一代6g移動通信網絡將超越傳統通信服務，為用戶提供額外的高精度感知服務，如用戶定位、導航等。然而，傳統的無線通信系統中，通信和感知功能往往是分離的，在硬件組成和軟件設計上是獨立的，資源利用率較低。通感一體化技術通過共享通用的硬件和信號，在同一頻譜上
3、然而，不論是靜態無人機的部署還是移動無人機的軌跡優化，在執行感知和通信任務時，往往假設感知與通信以固定的周期執行，這可能忽略了實際系統中的不對稱感知和通信需求。例如，在環境狀態變化較快的場景下（車輛高速行駛），系統需要以較高的頻率執行感知任務，從而及時獲取通信用戶的位置、速度等信息，而對于環境狀態變化較慢的場景（人群密集的演唱會），通信用戶位置基本不變，系統僅需要提供穩定的通信連接，而不需要對用戶進行高頻的感知。現有基于無人機的通感一體化技術方案沒有考慮到感知頻率對系統帶來的影響。
4、綜上所述，現有技術在利用分布式多無人機系統提供通信服務時，面臨通信與感知任務在同一時段內共享有限資源的挑戰。由于通信和感知共用相同的時頻資源，頻繁的感知活動可能會削弱通信性能。此外，無人機的位置配置、用戶關聯建立以及帶寬分配等均直接影響系統通信性能，而這些因素在不同場景下的需求也有所不同。傳統的優化方法難以解決這一非凸優化問題。
5、需要說明的是：本
技術介紹
僅用于介紹本專利技術的相關信息，以便于幫助理解本專利技術的技術方案，但并不意味著相關信息必然是現有技術。在沒有證據表明相關信息已在本專利技術的申請日以前公開的情況下，相關信息不應被視為現有技術。
技術實現思路
1、因此，本專利技術的目的在于克服上述現有技術的缺陷，提供一種通感一體化分布式無人機通信系統與方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：
3、根據本專利技術的第一方面，提出一種通感一體化分布式無人機通信系統，用于為目標環境內的用戶提供通信服務，所述系統包括多個分布式分布的無人機，其中，所有的無人機被配置為共享頻譜、硬件、信號資源，并在每個感知周期通過如下方式為目標環境內的用戶提供通信服務：每架無人機向其覆蓋范圍內的用戶發送通感一體化信號進行通信以獲取其覆蓋范圍內的目標環境信息，其中，將通感一體化信號按感知周期插入對應的通信幀；基于所有無人機獲取的目標環境信息以及無人機的位置信息構建系統的狀態，并采用預訓練的決策模型基于系統的狀態獲取無人機的調度策略，調度策略指示了無人機需要進行的位置調整和與用戶的通信狀態；所述決策模型以狀態為輸入以調度策略為輸出并基于強化學習訓練得到；所有無人機根據決策模型輸出的調度策略調整自己的位置以及與地面用戶的通信狀態。
4、根據本專利技術的第一方面，所述通感一體化信號基于時分多址通信技術分配時分資源并通過調整同一時段內通感一體化信號中感知信號與通信信號所占時間幀比例以改變獲取目標環境信息的頻率。
5、根據本專利技術的第一方面，所述決策模型為以無人機的位置信息和目標環境信息為狀態、以無人機位置調整、感知周期調整與地面用戶的通信狀態調整為動作并基于強化學習獲得的智能體。
6、根據本專利技術的第一方面，所述決策模型基于強化學習通過以下步驟訓練獲得：步驟s1、構建每架無人機的動作獎勵表，其中，每個動作獎勵表用于保存對應的無人機在不同狀態下執行不同動作可獲得的獎勵值；步驟s2、按照預設的次數重復執行以下步驟；步驟s21、每架無人機從基于系統當前的狀態隨機探索一個動作作為第一備選動作；每架無人機基于系統當前的狀態從動作獎勵表中獲取獎勵值最大的動作作為第二備選動作；步驟s21、獲取當前輪次第一備選動作被選中的概率與第二備選動作被選中的概率，每架無人機基于此概率從自身的兩個備選動作中選取一個動作作為后續動作；步驟s22、每架無人機執行相應的后續動作并更新狀態，以及獲取每架執行后續動作對應的獎勵并以此更新對應的動作獎勵表。
7、根據本專利技術的第一方面，所述后續動作為以下四種操作的組合：調整感知周期，其為調整同一時段內通感一體化信號中通信信號與感知信號所占時間幀比例以改變獲取目標環境信息的感知周期；調整無人機位置，其為調整無人機在目標環境內的位置；調整服務狀態，其為調整無人機對每個用戶提供的通信服務狀態；調整帶寬，其為調整每架無人機為每個用戶分配的通信帶寬。
8、根據本專利技術的第一方面，通過如下方式獲取第一備選動作被選中概率與第二備選動作的被選中概率：
9、
10、其中，表示迭代輪次，表示第輪第一備選動作被選中的概率，表示選取第一備選動作被選中的初始概率，表示選取第一備選動作被選中的最小概率，是衰減參數，第輪第二備選動作被選中的概率為。
11、根據本專利技術的第一方面，通過如下方式更新每架無人機的動作獎勵表：獲取第一狀態與第二狀態，其中，所述第一狀態為無人機執行后續動作前系統的狀態，所述第二狀態為無人機執行后續動作后系統的狀態；基于預設獎勵函數確定無人機執行后續動作獲得的即時本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種通感一體化分布式無人機通信系統，用于為目標環境內的用戶提供通信服務，其特征在于，所述系統包括多個分布式分布的無人機，其中，所有的無人機被配置為共享頻譜、硬件、信號資源，并在每個感知周期通過如下方式為目標環境內的用戶提供通信服務：
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述通感一體化信號基于時分多址通信技術分配時分資源并通過調整同一時段內通感一體化信號中感知信號與通信信號所占時間幀比例以改變獲取目標環境信息的頻率。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述決策模型為以無人機的位置信息和目標環境信息為狀態、以無人機位置調整、感知周期調整與地面用戶的通信狀態調整為動作并基于強化學習獲得的智能體。
4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述決策模型基于強化學習通過以下步驟訓練獲得：
5.根據權利要求4任一所述的系統，其特征在于，所述后續動作為以下四種操作的組合：
6.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，通過如下方式獲取第一備選動作被選中概率與第二備選動作的被選中概率：
7.根據權利要求3所述的
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，所述預設獎勵函數配置為：
9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述獎勵優先級計算函數被配置為：
10.一種通感一體化分布式無人機通信方法，用于為目標環境內的用戶提供通信服務，其特征在于，所述方法包括：
...【技術特征摘要】
1.一種通感一體化分布式無人機通信系統，用于為目標環境內的用戶提供通信服務，其特征在于，所述系統包括多個分布式分布的無人機，其中，所有的無人機被配置為共享頻譜、硬件、信號資源，并在每個感知周期通過如下方式為目標環境內的用戶提供通信服務：
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述通感一體化信號基于時分多址通信技術分配時分資源并通過調整同一時段內通感一體化信號中感知信號與通信信號所占時間幀比例以改變獲取目標環境信息的頻率。
3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述決策模型為以無人機的位置信息和目標環境信息為狀態、以無人機位置調整、感知周期調整與地面用戶的通信狀態調整為動作并基于強化學習獲得的智能體。
4.根據權利要求3...
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳義豪，于成龍，周一青，蔡青，石晶林，
申請(專利權)人：中國科學院計算技術研究所，
類型：發明
國別省市：
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