[發明專利]一種無人機中繼系統的資源分配與飛行路線優化方法

有效

• 申請號: 201910506056.7
• 申請日: 2019-06-12
• 公開（公告）號: CN110380772B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張廣馳;劉天雨;崔苗;林凡
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/22;H04W52/24;H04W52/26;H04W52/36;H04W72/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及通信領域，更具體的，涉及一種無人機中繼系統的資源分配與飛行路線優化方法，本發明以單個無人機作為中繼輔助多地面用戶同時通信的通信系統中，聯合優化源端/無人機的發射功率以及無人機的飛行軌跡和帶寬分配從而最大化用戶速率加權和，并且可以根據不同用戶的QoS需求調整用戶的權重，給需求較大的用戶分配更多帶寬資源，最終最大化所有用戶速率的加權和，適用范圍廣泛。

技術領域

本發明涉及通信領域，更具體地，涉及一種無人機中繼系統的資源分配與飛行路線優化方法。

背景技術

近年來，無人機因具有諸如低成本，高移動性和按需部署的特點，在公共安全、災害管理、監控和安全通信等方面具有廣泛應用。與傳統的靜態中繼相比，無人機可以自適應調整飛行路徑，以獲得更好的自身與目標節點之間的信道條件，利用其運動自由度，無人機可以顯著提高通信端到端的吞吐量，也可實現通信覆蓋范圍和信道容量的提升，而目前的現有技術中無人機不能根據不同的用戶的不同的QoS需求調整用戶的權重，不能最大化所有用戶速率的加權和。

參考文獻“一種考慮延遲的無人機輔助的OFDMA系統中最大化一般吞吐量方法”。該論文基于在未來無線網絡中利用無人機提供時延約束和時延忍耐的服務的動機，研究了一種以無人機作為基站支持的OFDMA網絡，用于滿足多地面用戶的異構通信時延需求。通過聯合優化無人機航跡和OFDMA資源分配，最大化所有用戶的最小平均吞吐量。但是本利用無人機作為基站，信息傳輸的距離較短，且硬件設施復雜度高，成本較高。另一篇參考文獻為“一種無人機作為移動中繼的通信系統吞吐量最大化方法”。通過優化無人機中繼軌跡和功率分配最大化通信系統的吞吐量。但方法一個無人機只服務一個目標用戶，大大降低了工作效率。

發明內容

為解決現有技術中通信領域的無人機不能根據不同的用戶的不同的QoS需求調整用戶的權重，不能最大化所有用戶速率的加權和的不足，本發明提供了一種無人機中繼系統的資源分配與飛行路線優化方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種無人機中繼系統的資源分配與飛行路線優化方法，包括以下步驟：

步驟S1：設置初始的無人機飛行軌跡Q^l，令初始的目標函數值循環次數l＝0，誤差閾值ε＝10^-3，帶寬為A，發射功率為P，給定帶寬和發射功率分配為{A,P}；

步驟S2：建立無人機中繼系統的模型，利用給定帶寬和發射功率分配{A,P}和初始的無人機飛行軌跡Q^l求解得到無人機飛行軌跡的帶寬以及發射功率分配的最優解{A^l+1,P^l+1}；

步驟S3：利用給定帶寬和發射功率分配{A,P}對無人機飛行軌跡Q^l進行優化，求解得到無人機飛行軌跡最優解Q^l+1以及得到目標函數值

步驟S4：令l＝l+1；并判斷是否成立；

步驟S5：若成立，則求解得到的Q^l+1以及{A^l+1,P^l+1}為最優解，若不成立，重復步驟S2-S5。

優選的，步驟S2中建立無人機中繼系統的模型的具體步驟如下：