[發明專利]多基站多激光發射器的激光供能無人機無線通信方法

有效

• 申請號: 201910310376.5
• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110113106B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 車越嶺;歐陽頡;伍楷舜
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/80;H04B7/185
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

1.一種多基站多激光發射器的激光供能無人機無線通信方法，其特征在于，適用于多基站多激光發射器的激光供能無人機無線通信系統，所述無人機無線通信系統包括：無人機，K個地面基站和M個地面激光發射器；無人機從地面激光發射器發射的激光波束中獲取能量，并且與地面基站在射頻段進行通信，其中，M≥1，K≥1；

S1：基于上述的多基站多激光發射器的激光供能無人機無線通信系統，對無人機進行下行鏈路通信時，最大化所有K個地面基站的最小吞吐量的問題建立優化目標P2：

s.t.q(0)＝q₀，

q(T)＝q_F，

P_d(p_k(t)，ρ_k(t))+P_f(q(t))≤P_h(q(t))

其中，q₀和q_F分別是無人機的初始位置和最終位置，V_max是無人機飛行的最大速度，q(t)為無人機軌跡，p_k(t)為下行鏈路傳輸功率，ρ_k(t)為傳輸模式，u_k＝{x_k，y_k}為地面基站的水平位置坐標；H為無人機離地面的飛行高度，為定值，且H大于0；P_d為無人機在T時間段內的下行鏈路通信的總能量消耗；P_f為無人機在整個時間范圍T內的向前飛行動力能耗；P_h為無人機在T時間段從所有激光發射器上獲取的總能量；γ為信噪比；

S2：利用聯合優化迭代方法對優化目標P2進行求解，得到無人機飛行軌跡和功率分配值；

步驟S2具體包括：

S21：將優化目標離散化，得到離散化后的優化目標P2’；

S22：將離散化后的優化目標P2’分解為給定軌跡優化功率分配子問題P2.1-1和給定功率分配優化軌跡子問題P2.1-2；

S23：交替迭代求解給定軌跡優化功率分配子問題P2.1-1和給定功率分配優化軌跡子問題P2.1-2，得到無人機飛行軌跡和功率分配值；

在步驟S21中，離散化后的優化目標為P2’：

其中，ρ_k[n]為離散化后的傳輸模式，p_k[n]為離散化后的下行鏈路傳輸功率，R代表K個地面基站的最小吞吐量，q[n]為離散化后的軌跡，v[n]為離散化后的無人機速度，δ_t為每個時隙的時間，η為射頻鏈路效率，P₀和P_i分別代表在懸停狀態下的葉片型面動力和誘導動力的兩個常量，U_tip為轉子葉片的葉頂速度，d₀和s分別代表著機身阻力比和轉子堅固度；ρ和A分別表示空氣密度和旋翼轉子盤區面積；D為初始激光束的大小；Δθ為傳輸的角度；C＝ωAχ，ω∈(0，1)是激光能量獲取的效率，A是接收望遠鏡或采集透鏡的面積；χ是傳輸接收的光學效率；α是介質的衰減系數；為激光發射器的發射功率；

在步驟S22中，給定軌跡優化功率分配子問題為P2.1-1：

其中，將每個時隙時間δ_t再劃分為K個子時隙，則為無人機在第n個時隙與第k個地面基站的通信時間；K個地面基站在在任意一個時隙內共享時間δ_t，因此有P_f為無人機在整個時間范圍T內的向前飛行動力能耗；P_h為無人機在T時間段從所有激光發射器上獲取的總能量；

給定功率分配優化軌跡子問題為P2.1-2：

Δn≤δ_tV_max，

τ_n≥0；

其中，τ_n和均為松弛變量；R_lb(q[n])為最小吞吐量的下界，P_d為無人機在T時間內的下行鏈路通信的總能耗；Δn為無人機在時隙n內飛行的路程距離；τ_in和為給定初始值的松弛變量，v₀為懸停時的平均轉子誘導速度；為激光發射器m的水平位置坐標；是關于的凸函數；代表著函數對求其導數的值；q_i[n]是第i次迭代得到的對應的q[n]的值；

2.根據權利要求1所述的一種多基站多激光發射器的激光供能無人機無線通信方法，其特征在于，步驟S23具體包括：

S1：初始化無人機軌跡；

S2：根據無人機軌跡和P2.1-1得到無人機功率分配值，從而得到下行鏈路傳輸功率；

S3：根據下行鏈路傳輸功率、預先設定的連續凸規劃初始值以及P2.1-2求解無人機軌跡及松弛變量，并將無人機軌跡及松弛變量作為新的連續凸規劃初始值，循環執行S3，直至收斂或達到最大迭代次數。