本發(fā)明屬于信息融合領(lǐng)域，涉及一種無人機網(wǎng)絡(luò)最大比合并型融合方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的信息融合理論中對信號的處理包含集中式和分布式兩種，第一種集中式信號處理(centraliazedsignalprocessing,csp)，所有傳感器的觀測值或消息均傳輸?shù)街行奶幚砥?，中心處理器基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計技術(shù)進行目標檢測判決或信息處理，這種情況下僅有中心處理器作出統(tǒng)一處理，在傳感器端不作局部判決和處理，理論上，集中式融合模型可獲得最優(yōu)性能。但這需要極大的帶寬。第二種是分布式信號處理(distributedsignalprocessing,dsp)，即由各個傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理以此得到局部判決并將此判決結(jié)果發(fā)送到融合中心，從而產(chǎn)生一個最終的全局決策。分布式信號處理系統(tǒng)的好處是減少通信帶寬需求，提升可靠性和減少成本。

我們在無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合研究中發(fā)現(xiàn)，可以從信道容量的角度對各條鏈路傳輸?shù)男畔⑦M行集中式融合處理，但現(xiàn)有文獻仍是基于復(fù)雜的概率分布公式，對集中式融合模型的規(guī)模有限制，同時網(wǎng)絡(luò)中各鏈路的連通概率對無人機網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的檢測性能的影響也沒有得到很好的體現(xiàn)?；诖耍景l(fā)明基于最大比合并的原理，從信道容量層面提出最大比合并型融合方法(maximal-ratiocombiningfusionrule,mrc-fr)，該方法可以簡化無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合結(jié)構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)的集中式信息融合問題具有很好的指導(dǎo)意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合方法，能夠基于無人機網(wǎng)絡(luò)鏈路連通概率和信道容量，以較為簡潔直觀的方式對融合模型進行集中式信息融合，從融合模型的中斷概率和中斷容量上可以評價融合模型的融合性能。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種無人機網(wǎng)絡(luò)最大比合并型融合方法，包括以下步驟：

(1)定義無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合模型，所述融合模型定義為一個包括模型頂點集vfs，邊集efs，參數(shù)集基于參數(shù)集的融合方法以及針對參數(shù)集和融合方法形成的融合模型評價集a在內(nèi)的五元向量組

(2)初始化融合模型參數(shù)集和評價集，所述參數(shù)集包括檢測無人機個數(shù)n，連通概率向量p＝[p1,p2,…,pn]，信噪比向量snr＝[snr1,snr2,…,snrn]，網(wǎng)絡(luò)允許的中斷概率∈和最大信號傳輸速率r，此處為簡化模型，假定各鏈路具有相同的連通概率p和信噪比snr，即pi＝p,snri＝snr，i＝1,…,n；所述評價集a包括融合模型的中斷概率pout，融合模型的中斷容量cout；

(3)基于檢測無人機個數(shù)n，連通概率向量p，信噪比向量snr和最大信號傳輸速率r求解融合模型中斷概率函數(shù)pout；

(4)根據(jù)檢測無人機個數(shù)n和給定中斷概率∈得到鏈路連通概率的取值范圍，若鏈路連通概率在取值范圍之內(nèi)，則轉(zhuǎn)到步驟(5)，否則結(jié)束；

(5)計算中斷概率數(shù)組q:＝[q1,…,qi,…,qn]，其中

(6)從中斷概率數(shù)組中找出滿足小于中斷概率∈的最大元素值的序號，計算得到融合模型的中斷容量cout。

進一步地，所述步驟(3)中，融合模型中斷概率函數(shù)pout表達式如下：

或

其中表示向下取整，為n個數(shù)中取l個數(shù)的組合。

進一步地，所述步驟(4)中鏈路連通概率的取值范圍為

進一步地，所述步驟(6)中包括：

(6.1)查找中斷概率數(shù)組中值小于∈的元素并記錄其位置1,…,k；

(6.2)記錄步驟(6.1)中位置序號最大值k；

(6.3)獲得最大比合并型融合模型中斷容量cout為log2(1+k·snr)。

有益效果：本發(fā)明方法從集中式融合的角度給出了無人機網(wǎng)絡(luò)的融合模型定義，同時在考慮網(wǎng)絡(luò)鏈路連通概率的前提下，綜合信道容量理論和最大比合并算法的思想，提出了一種新的無人機網(wǎng)絡(luò)最大比合并型融合方法。該融合方法規(guī)避了傳統(tǒng)的集中式融合方法需要復(fù)雜遞歸運算的不利因素,評價融合方法的系統(tǒng)中斷概率和中斷容量也可以表達融合系統(tǒng)的性能,面向無人機網(wǎng)絡(luò)背景，同時也適用于其它類似無線自組織網(wǎng)絡(luò)。進一步的，本發(fā)明能夠為體系化的無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合提供融合方法指導(dǎo)，為網(wǎng)絡(luò)連通狀態(tài)下的信息融合理論研究奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種無人機網(wǎng)絡(luò)最大比合并型融合方法流程圖。

圖2為本發(fā)明的一種無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合模型。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明方法。

如圖1所示，本發(fā)明實施例公開的無人機網(wǎng)絡(luò)容量型融合方法，具體包含以下步驟：

步驟(1)定義無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合模型

如圖2所示為本發(fā)明的一種無人機網(wǎng)絡(luò)信息融合模型，其中檢測目標為單目標sdi，融合中心sdi0，檢測無人機節(jié)點(觀測節(jié)點)為sdi1～sdin，該融合模型定義為一個五元向量組

其中

vfs表示該融合模型的頂點集，vfs＝{sdi,sdi1,…sdin,sdi0}；

efs表示該融合模型的邊集，efs＝{ljh|j∈vfs,h∈vfs,j≠h}；

表示融合模型的參數(shù)集，其參數(shù)來自于vfs和efs中各元素所具備的特征參數(shù)合集；

表示基于參數(shù)集的融合方法；

a表示針對參數(shù)集和融合方法形成的融合模型評價集。

此處融合中心sdi0可以是一個實際的指揮節(jié)點或匯聚中心，也可以是一個抽象的存在，僅僅表示融合模型的最終輸出和評價。該融合模型的參數(shù)集、融合方法和評價集可以根據(jù)研究需要取其子集或進行補充擴展。

步驟(2)初始化融合模型參數(shù)集和評價集

按步驟(1)定義的融合模型來初始化其參數(shù)集和評價集a＝{pout,cout}。

參數(shù)集包含的5個元素中n為待融合節(jié)點的個數(shù)，p＝(p1,p2,…,pn)為連通概率向量，由sdi1～n分別與目標節(jié)點sdi形成的鏈路(邊)的連通概率p1,p2,…,pn組成；snr＝(snr1,snr2,…,snrn)為信噪比向量，由sdi1～sdin檢測目標sdi時的信噪比snr1,snr2,…,snrn組成，此處為簡化模型，假定各鏈路具有相同的連通概率p和信噪比snr，即p1＝p2＝…＝pn＝p,snr1＝snr2＝…＝snrn＝snr；∈表示網(wǎng)絡(luò)允許的中斷概率，0≤∈≤1；整個網(wǎng)絡(luò)具有最大信號傳輸速率r。

其評價和輸出集a＝{pout,cout}，其中pout表示融合模型的中斷概率，cout表示融合系統(tǒng)的中斷容量。此處主要從融合模型的中斷概率pout和中斷容量cout來評估無人機網(wǎng)絡(luò)融合模型性能。

步驟(3)求解融合模型中斷概率函數(shù)

基于步驟(2)中初始化過的檢測無人機個數(shù)n，連通概率向量p，信噪比向量snr和最大信號傳輸速率r求解融合模型中斷概率函數(shù)pout。融合模型中斷概率函數(shù)pout表達式如下：

或

其中τ滿足

表示向下取整，為n個數(shù)中取l個數(shù)的組合。

步驟(4)求解鏈路連通概率取值范圍并判斷初始化的鏈路連通概率是否在此范圍之內(nèi)，若在此范圍內(nèi)則轉(zhuǎn)到步驟(5)，否則結(jié)束。

步驟(4.1)根據(jù)檢測無人機個數(shù)n和給定中斷概率∈(0≤∈≤1)及步驟(2)的中斷概率pout表達式，可推導(dǎo)出中斷概率表達式有效及系統(tǒng)中斷容量存在的必要條件為min{pout}≤∈，根據(jù)pout表達式可知，min{pout}＝(1-p)ⁿ≤∈，可推導(dǎo)出中斷概率表達式有效及系統(tǒng)中斷容量存在的必要條件為p須滿足即p的取值范圍p0為

步驟(4.2)如果無人機網(wǎng)絡(luò)鏈路連通概率取值滿足步驟(4.1)求解的p取值范圍，即p∈p0則轉(zhuǎn)向步驟(5)，若不滿足，則無法求解有效的中斷概率及中斷容量，結(jié)束；

步驟(5)計算中斷概率數(shù)組q

步驟(5.1)在給定n及滿足步驟(4.1)的p取值約束下，求解中斷概率數(shù)組元素qi實際為中斷概率pout未到1時(即在取值為0,1,…n-1時)的pout具體數(shù)值；

步驟(5.2)由步驟(5.1)中各qi(i＝1,2,…,n)組成中斷概率數(shù)組q:＝[q1,q2,…qn]。

步驟(6)計算融合系統(tǒng)的中斷容量cout：

步驟(6.1)查找步驟(5.2)得到的中斷概率數(shù)組q中值小于給定∈的元素并記錄其位置1,…,k；

步驟(6.2)記錄步驟(6.1)中位置序號最大值k。

步驟(6.3)根據(jù)中斷概率pout表達式及其中r的分段區(qū)間，可知通過上述(1)～(5)，(6.1)～(6.2)步驟篩選過可獲得最大比合并型融合系統(tǒng)中斷容量cout≈log2(1+k·snr)。cout為集中式評價無人機網(wǎng)絡(luò)融合方法的一個性能指標。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。