[發明專利]無人機中繼廣播通信系統航跡優化方法

有效

• 申請號: 201710276186.7
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN107017940B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 李冬霞;李春鳴;趙文強;劉海濤
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W24/02
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

一種無人機中繼廣播通信系統航跡優化方法。其包括建立無人機中繼廣播通信系統；建立三維直角坐標系；固定基站節點發射信號給無人機中繼節點；無人機中繼節點將信號廣播至用戶節點；用戶節點接收廣播信號；確定所有用戶節點的中斷概率；確定中斷概率最大的用戶節點的中斷概率；建立基于最大?最小化準則的無人機航跡優化模型，尋找到最佳航向角等步驟。本發明效果：本方法考慮了無人機至基站鏈路對系統性能的影響，具有更好的完整性。與無人機中繼廣播通信系統無人機位置優化方法相比，本發明利用固定翼無人機作為中繼通信平臺，中繼無人機可隨環境的變化動態調整無人機的位置，本發明具有更好的自適應性，應用范圍更加廣泛。

技術領域

本發明屬于無人機中繼廣播通信技術領域，特別是一種無人機中繼廣播通信系統航跡優化方法。

背景技術

近年來，隨著無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)制造成本的降低及航電設備的小型化，無人機在軍用與民用領域獲得了廣泛的應用，典型應用包括：戰場偵察、中繼通信、環境監視、地質測量及應急救援等。中繼通信是無人機應用的一個重要領域，與傳統的固定中繼通信相比，無人機中繼通信具有通信距離遠、部署方便、中繼位置靈活可控、系統構建迅捷、維護成本低廉等諸多方面的優點，因此無人機中繼通信在軍用與民用領域獲得廣泛的關注。與此同時，基于無人機的中繼通信也帶來了一系列新的技術問題，例如無人機中繼通信航跡優化問題，無人機中繼功率分配問題，無人機中繼網絡的連通性問題等。

在無人機中繼通信航跡優化方面，相關研究如下：

針對點對點無人機中繼通信系統的航跡優化問題，一些文獻提出基于發射與接收波束成形的無人機中繼傳輸方法，并基于信噪比最大化準則給出中繼無人機航跡優化方法，然而該方法要求接入節點發射機與基站接收機均需精確知曉信道的衰落信息，實際應用中發射機難以獲取信道的衰落信息。

針對無人機中繼多用戶接入系統的航跡優化問題，一些文獻基于各態歷經歸一化傳輸速率最大化準則給出了無人機航跡優化方法。針對同樣問題，一些文獻基于平均和速率最大化準則及用戶最小速率最大化準則提出兩種無人機航跡優化方法。在優化無人機航跡時，一些文獻僅考慮無人機至用戶節點單跳鏈路，沒有考慮基站至無人機鏈路對整體系統性能的影響。

為解決旋翼無人機中繼廣播通信系統性能優化問題，一些文獻基于中斷概率最小化準則提出了無人機的最佳位置及功率分配方法。然而該研究結果需要進一步推廣到固定翼無人機中繼通信系統。

在無人機中繼通信航跡優化技術中，點對點無人機中繼通信系統的航跡優化方法研究對象為點對點無人機中繼系統，無人機中繼多用戶接入系統的航跡優化方法研究對象為多址接入無人機中繼系統。

旋翼無人機中繼廣播通信系統性能優化方法的基本思想為：為了實現基站節點到用戶節點之間的通信，需要經過無人機進行中繼，系統通過將旋翼無人機懸停在最優中繼位置來實現數據快速高質量傳輸，然而該方法主要存在兩方面的問題：旋翼無人機作為中繼平臺，功耗較高，續航時間短，另一方面，實際應用環境復雜多變，該方法將旋翼無人機懸停在固定中繼位置，不具有自適應環境變化的能力。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種無人機中繼廣播通信系統航跡優化方法。

為了達到上述目的，本發明提供的無人機中繼廣播通信系統航跡優化方法包括按順序進行的下列步驟：

1)建立無人機中繼廣播通信系統；

2)建立上述無人機中繼廣播通信系統的三維直角坐標系；

3)在信號傳輸的第一個時隙內，固定基站節點以某一功率ρ_B發射信號給無人機中繼節點,無人機中繼節點接收來自固定基站節點的信號；

4)在第二個時隙內，無人機中繼節點以功率ρ_U采用放大轉發方式將接收到的信號廣播至用戶節點；