林 青,黄玉蕾

(西安培华学院 智能科学与信息工程学院，西安 710125)

0 引言

近年来，国内公共事件和自然灾害时有发生。2015 年 7 月代号为“亚马逊”的超级台风登陆我国境内，类似的不可抗力破坏强大。灾害发生时，地面基站、天线等通信设备可能受到破坏。为了快速恢复通信网络，提高应急救灾响应效率，目前大量研究者开始关注用无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)搭建应急通信网络[1-5]。

在搭建无人机通信网络时，无人机的部署将影响应急通信的质量[6]，目前常见的无人机应急通信为单无人机系统[7-10]和多无人机系统[11-14]两类。然而单无人机系统难以满足大面积通信覆盖的需求，故在应急救灾场景中需要考虑多无人机协同的应急通信网络构建[15]。目前针对多无人机轨迹优化的研究很少从通信的角度出发考虑通信服务的负载均衡问题[16]。虽然一部分研究中无人机能够为地面用户提供通信覆盖[17]，但是无人机之间由于负载不均衡，导致用户性能公平性差[18-19]。

基于上述考虑，本文提出一种面向通信负载均衡的多无人机轨迹优化方案。首先，设计了面向负载均衡的轨迹优化系统结构。其次，以用户数量作为无人机负载衡量指标，构建了基于无人机负载的虚拟力场模型和基于用户位置的虚拟力场模型，再次，设计了基于虚拟力场的无人机控制方法。最后，通过仿真验证了用户通信吞吐量的提升。

1 基于通信负载均衡的无人机轨迹优化系统结构设计

面向负载均衡的无人机轨迹优化系统包括3大类模块，分别是无人机通信环境信息检测模块、虚拟立场计算模块和无人机运动控制模块，如图1所示。……