[發明專利]一種推動功率受限的無人機基站帶寬和軌跡聯合優化方法

有效

• 申請號: 201910202484.0
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109831797B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 蔡曙;張衛東;張軍
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W28/20;H04L27/26;H04B7/185
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李淑靜

1.一種推動功率受限的無人機基站帶寬和軌跡聯合優化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S10、根據用戶和無人機的地理位置以及空對地無線信道模型，建立信道衰落模型和相應的系統模型，所述系統模型為：用戶通過FDMA技術接入無人機通信系統，用戶n在每一個時隙的可達速率為：

其中，B_n[m]是在第m個時隙時無人機給用戶n分配的帶寬大小；p表示無人機在每個時隙給每個用戶的發射功率；σ²是地面用戶接收到的噪聲功率譜密度；g_n[m]是第m個時隙無人機與用戶n之間的信道功率增益，所述信道功率增益表達式為：

其中，H為無人機的飛行高度；q[m]是無人機在第m個時隙的位置；β₀表示相對距離d₀＝1時的功率增益；w_n表示用戶n的坐標；

S20、根據無人機移動位置、推動功率以及帶寬約束建立非凸優化問題，該優化問題的目標為最大化系統中各用戶的最小平均速率，優化問題形式如下：

v[m+1]＝v[m]+a[m]δ,m＝0,...,M, (1.5)

q[0]＝q₀,q[M]＝q_F, (1.6)

v[0]＝v₀,v[M]＝v_F, (1.7)

V_min≤||v[m]||≤V_max,m＝0,...,M, (1.8)

||a[m]||≤a_max,m＝0,...,M, (1.9)

其中，max表示最大化，min表示取最小值；s.t.表示約束條件；δ表示時隙的大小；(1.1)為帶寬分配應滿足的約束，B表示總帶寬；(1.2)表示最小帶寬約束；(1.3)表示推動功率約束，c₁和c₂是與無人機重量、機翼面積、空氣密度相關的兩個參數；v[m]表示第m個時隙無人機的速度；a[m]表示第m個時隙無人機的加速度；g表示重力加速度，P表示總推動功率；q[m]表示第m個時隙無人機的位置；(1.4)和(1.5)分別表示軌跡約束和速度約束；(1.6)和(1.7)分別表示無人機在起點和終點時的位置和速度；(1.8)中的V_min為無人機保持飛行狀態的最小值，V_max表示無人機在飛行的過程中最大速度；(1.9)中的a_max表示其飛行過程中最大加速度；

S30、對上述非凸優化問題進行求解，得到無人機最佳的路徑規劃和帶寬分配方案，包括以下步驟：

步驟a)、給定初始軌跡和飛行狀態，飛行狀態包括無人機速度以及加速度，將非凸優化問題轉化成凸優化問題，并利用內點法解得最優帶寬分配；

步驟b)、根據步驟a優化得到的最優帶寬分配，利用SCA算法迭代優化無人機軌跡和飛行速度，直到算法收斂或達到最大迭代次數，同時將所得軌跡和飛行狀態賦值給步驟a中的相應值；

步驟c)、基于BCD方法迭代執行步驟a和步驟b，直到收斂或達到最大迭代次數。