本發明涉及無人機通信，具體為一種智能ai結合的無人機空地一體化通訊方法。
背景技術：
1、隨著空天地一體化信息網絡建設的加速推進，無人機集群在物流配送、應急通信等領域的應用正從單平臺控制向“云-邊-端”協同的智能化集群轉變。同時智慧城市、立體安防、即時配送等領域對高可靠、低延遲與自主協同能力的需求激增，融合智能決策與抗干擾技術的動態協同通信技術已成為無人機通信與控制系統轉型的核心方向。然而，現有技術體系仍存在諸多結構性不足：
2、傳統技術中，基于預設規則的通信機制與智能抗干擾算法的量化融合邏輯不足，通信控制策略未集成物理層信道狀態與網絡層拓撲結構的協同約束參數，缺乏在強電磁對抗與復雜地貌環境下服務端對空中集群通信資源的動態適配與調度機制；此外，通信安全驗證未充分考慮機與機、機與地鏈路在高速移動場景下國密算法與傳輸協議的合規性關聯與實時性分布，導致面對覆蓋廣域、高動態、多任務的協同感知與指控一體化流程，通信協同性與資源利用效率低下。
3、為了解決上述缺陷，現提供一種技術方案。
技術實現思路
1、本發明的目的在于解決無人機集群通信的可靠性和任務響應效率低下的問題，而提出一種智能ai結合的無人機空地一體化通訊方法。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案實現：
3、一種智能ai結合的無人機空地一體化通訊方法，包括：
4、s1、網絡狀態全息感知：通過分布式感知單元獲取無人機集群的實時位置、速度矢量、姿態參數以及地空通信鏈路的信號質量參數，構建動態網絡拓撲圖譜；
5、s2、資源管理與協同控制：基于s1步驟的動態網絡拓撲圖譜，采用集中式決策與分布式決策相結合的智能決策，對通信角色、時空資源與通信鏈路進行一體化協同控制，生成通信角色分配策略、時空資源分配策略和地空鏈路切換策略，所述集中式決策為基于動態網絡拓撲圖譜進行全局的通信角色、時空資源與通信鏈路一體化協同控制；所述分布式決策體現為各無人機完成本地鏈路質量感知、節點狀態采集、本地參數計算與通信資源調整；
6、s3、協同傳輸執行：基于s2步驟確定的角色分配、時空資源分配和地空鏈路切換策略，通過多無人機協同波束成形、自適應調制編碼、優先級隊列調度和混合自動重傳機制，執行高可靠性數據傳輸；
7、s4、通信質量閉環優化：通過實時采集的通信性能指標，評估協同通信效果，基于網絡狀態、可調通信參數、綜合性能指標，結合ai學習單元通過深度強化學習算法更新鏈路質量指數并調整通信參數，形成自優化閉環。
8、作為本發明的進一步改進，所述s1步驟的具體實施過程如下：
9、基于分布式感知單元采集原始數據，分布式感知單元包括北斗與gps雙模定位單元、imu慣性測量單元及信號接收單元，原始數據包括無人機三維坐標、速度矢量及信號強度指示值；
10、基于速度矢量和多普勒效應得到多普勒頻移；基于數據包接收結果得到誤包率；
11、基于信號強度指示值、多普勒頻移及誤包率，結合加權公式得到鏈路質量指數；
12、各無人機周期性廣播包括自身狀態信息的信標幀，并基于接收到的鄰居信標幀更新動態鄰居列表；基于無人機的位置和速度矢量預測未來時刻的無人機間距離；
13、基于鏈路質量指數構建動態鄰接矩陣，若鏈路質量指數大于最小可用鏈路質量指數，則矩陣元素表示值與鏈路質量指數相同，若鏈路質量指數小于或等于最小可用鏈路質量指數，則為零；
14、基于動態鄰接矩陣，采用迪杰斯特拉算法得到每架無人機到地面基站的最短路徑跳數，并結合無人機剩余電量與鄰居節點數量得到節點中心性指數。
15、作為本發明的進一步改進，所述s2步驟的具體操作過程包括：
16、角色分配：
17、基于動態網絡拓撲圖譜，將無人機工作空域劃分為三維虛擬網格，基于無人機的網格索引、唯一id得到角色候選值，結合節點中心性指數、鏈路質量指數構建角色適配度函數，通過角色適配度函數計算結果為每架無人機分配通信角色，包括簇頭節點、中繼節點和成員節點，其中，節點中心性指數基于迪杰斯特拉算法得到的最短路徑跳數、無人機剩余電量與鄰居節點數量計算得到，鏈路質量指數基于信號強度指示值、多普勒頻移及誤包率計算得到；并基于無人機集群剩余電量的方差判定均衡狀態，當剩余電量方差小于預設閾值時保持基礎輪換頻率，當剩余電量方差大于預設閾值時自動縮短輪換周期；基于均衡狀態判定結果啟動自適應角色輪換機制以調整輪換周期；
18、資源分配：
19、在時域上，將通信周期劃分為多個時間片，并為不同通信角色的節點分配相應的時間片；
20、在頻域上，基于預設頻譜范圍劃分多個子信道，并基于無人機的空間分布，結合哈希算法為每架無人機分配中心頻率，構建滿足最小頻率復用距離和保護帶寬約束的空間與頻率映射矩陣；
21、在空域上，將三維空間劃分為多個通信區域并分配獨立的空間編碼，基于虛擬mimo技術將空間分布的多架無人機組成分布式天線陣列，并由簇頭節點基于最大比合并準則計算并分發波束成形權重。
22、作為本發明的進一步改進，所述s2步驟的具體操作過程還包括：
23、基于任務固有優先級、剩余電量比例、延遲緊迫性及數據包長度因子，構建多維度優先級評估體系得到數據包綜合優先級指數；
24、基于無人機當前位置和速度矢量預測未來時刻的信號強度指示值，設定切換觸發閾值與執行閾值；
25、當預測的信號強度指示值低于切換觸發閾值時，啟動切換準備流程，并行掃描可用備選通信目標，并基于信號強度指示值、無人機到候選目標的實時距離、候選目標的負載率，經歸一化處理后通過加權公式進行綜合評分，選擇綜合評分最優目標發起切換請求；切換目標節點基于新增負載與自身負載之和，超過自身最大負載閾值則拒絕接入，并觸發重選綜合評分次高的通信目標作為切換目標；
26、切換目標同意接納后，在切換過渡期間保持雙連接，直至新鏈路質量穩定且滿足切換執行閾值時正式斷開原連接，釋放占用資源。
27、作為本發明的進一步改進，所述s3步驟的具體操作過程如下：
28、協同波束成形傳輸：針對需要向地面基站傳輸數據的場景，選擇與簇頭節點空間距離在預設協同范圍內的多架無人機組成虛擬天線陣列；簇頭節點向協同無人機廣播包括目標方向矢量、載波中心頻率和發射時刻基準的同步指令；各協同無人機基于雙向時間同步協議進行時鐘同步，并基于簇頭節點分發的波束成形權重，計算發射信號的幅度和相位，在同步時刻基準同時發射信號，使信號在接收端實現同相疊加與功率合成；
29、自適應調制編碼步驟：各無人機基于實時鏈路質量指數和信號強度指示值動態選擇調制方式和編碼率；基于信號強度指示值與噪聲功率得到信噪比，并構建信噪比與調制編碼方案的映射表，同時，基于調制方式，動態調整信噪比閾值；發送端在數據幀頭嵌入所選方案標識，接收端基于幀頭調整解調與解碼參數。
30、作為本發明的進一步改進，所述優先級隊列調度和混合自動重傳的具體操作步驟如下：
31、優先級隊列調度與傳輸：各無人機維護本地發送隊列，基于數據包綜合優先級指數對數據包進行降序排列；在分配到的通信時隙內，優先發送高優先級數據包，并允許對超長數據包進行分片傳輸；當有高優先級緊急數據包到達時，啟動搶占式調度機制，中斷低優先級數據包的發送或向鄰近節點請求插入緊急時隙；
32、混合自動重傳：發送端為每個發送的數據包分配唯一序列號，并啟動重傳定時器；
33、接收端對接收到的數據包進行循環冗余校驗；若校驗通過，則回復確認幀，并遞交數據包；若校驗失敗，則緩存軟信息并回復否定確認幀；
34、發送端基于重傳次數和鏈路質量指數，選擇追加冗余重傳或完全重傳策略，直至成功或達到最大重傳次數；若接收到確認幀，則停止定時器并清除發送緩存。
35、作為本發明的進一步改進，所述s4步驟的具體操作過程如下：
36、基于通信性能監測單元實時采集關鍵性能指標，包括端到端時延、數據包投遞率、吞吐量、切換成功率以及能量效率；將采集到的關鍵性能指標進行歸一化處理，結合加權公式得到綜合性能指標；
37、將當前網絡狀態作為狀態空間，將可調通信參數作為動作空間，將綜合性能指標作為獎勵函數，基于深度強化學習算法更新鏈路質量指數；并下發至各無人機通信單元，進行自適應調整；以固定間隔周期，基于累積的新數據對ai學習單元進行增量訓練；
38、當檢測到綜合性能指標小于預設閾值且持續時間超過最大允許時間時，觸發告警機制；執行應急預案，包括暫停非關鍵數據傳輸、切換至最穩健的bpsk調制方式、增大發射功率至上限以及縮短切換判決時間；同時，向地面控制中心發送包括故障特征、影響范圍及已采取措施的異常報告。
39、與現有技術相比，本發明的有益效果是：
40、本發明通過構建無人機動態網絡拓撲圖譜與多維通信參數的映射關系，結合鏈路質量變化范圍分析，量化網絡動態性對通信質量的影響，生成鏈路質量指數與節點中心性指數；基于鏈路質量指數生成資源分配策略，結合角色適配度函數和優先級評估體系優化通信角色分配與數據調度機制，有效解決了傳統無人機通信中因節點高速移動和復雜環境導致的鏈路不穩定、資源分配效率低的問題，顯著提升了無人機集群通信的可靠性和資源利用效率。