[發(fā)明專利]一種多無人機交替中繼通信的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010087027.4
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111328122B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 張廣馳;歐曉琪;崔苗;林凡
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H04W40/22
• 分類號: H04W40/22;H04W52/24;H04W52/26;H04W52/36;H04B17/391;H04B7/185;H04W72/044
• 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

1.一種多無人機交替中繼通信的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立多無人機交替中繼通信模型，所述模型包括固定的源端和目標節(jié)點，以及M個無人機中繼，其中M為正整數；

S2：初始化設置迭代次數γ＝0，設置無人機中繼的初始功率P₁^γ和初始軌跡以及誤差閾值ε；

S3：將所述無人機的初始功率P₁^γ和軌跡代入預設的功率優(yōu)化約束條件，得到預測的源端發(fā)射功率的最優(yōu)解和無人機中繼的發(fā)射功率的最優(yōu)解并得到第一目標函數值

S4：判斷所述第一目標函數值的增量是否小于或等于所述誤差閾值ε，若是，則執(zhí)行S5步驟，若否，則設置迭代次數為γ＝γ+1，并跳轉執(zhí)行S3步驟；

S5：將所述預測的源端發(fā)射功率的最優(yōu)解P_s^γ+1、預測的無人機中繼的發(fā)射功率的最優(yōu)解以及所述無人機中繼的軌跡代入預設的軌跡優(yōu)化約束條件，得到預測的無人機中繼的軌跡的最優(yōu)解并得到第二目標函數值

S6：判斷所述第二目標函數值的增量是否小于或等于所述誤差閾值ε，若是，則執(zhí)行S7步驟，若否，則設置迭代次數為γ＝γ+1，并跳轉執(zhí)行S5步驟；

S7：將所述第二目標函數值作為目標吞吐量R^r，然后判斷所述目標吞吐量R^γ的增量是否小于或等于所述誤差閾值ε，若否，則將所述預測的無人機中繼的軌跡的最優(yōu)解和所述無人機的初始功率P₁^γ作為輸入，并設置γ＝γ+1后執(zhí)行S3步驟；若是，則輸出所述預測的源端發(fā)射功率預測的無人機中繼的發(fā)射功率預測的無人機中繼的軌跡以及所述目標吞吐量R^γ。

2.根據權利要求1所述的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法，其特征在于：所述多無人機交替中繼通信模型中，所述源端依次給每個無人機中繼發(fā)送時長為Nt的信息；其中第m個無人機中繼接收信息后向目的端轉發(fā)所述信息，同時所述源端向第m+1個無人機中繼發(fā)送所述信息，至第M個無人機中繼把其接受的信息發(fā)送到目的端；其中，m＝1,2,...,M。

3.根據權利要求2所述的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法，其特征在于：所述源端、無人機中繼以及目標節(jié)點之間的信息傳輸采用廣播的形式。

4.根據權利要求2所述的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法，其特征在于：所述S3步驟中，所述功率優(yōu)化約束條件的表達公式如下：

其中，η_m＝[η₁,...,η_M]表示引入的松弛變量；N表示無人機中繼的總飛行長度，即N＝(m+1)N_t；表示第m個無人機中繼的發(fā)射功率，表示第m個無人機中繼的平均發(fā)射功率，P_m,max為第m個無人機中繼的最大功率約束；表示源端的發(fā)射功率，表示源端的平均發(fā)射功率，P_s,max為源端的最大功率約束；h_m,m-1[n]表示第m個無人機中繼到第m-1個無人機中繼的信道功率增益，h_s,m[n]表示源端到第m個無人機中繼的信道功率增益；表示源端到第m個無人機中繼的可達速率的上界；γ_s,m[n]表示源端的信噪比、γ_m,d[n]表示每架無人機的信噪比，γ₀為參考信噪比，且β₀表示在參考距離為1米時的信道功率增益，σ²表示接收端的加性高斯白噪聲功率；H表示無人機的飛行高度，W_s表示源端的水平坐標值，W_d表示目的端的水平坐標值；q_m[n]表示第m個無人機在第n個時隙的軌跡。

5.根據權利要求4所述的功率分配與飛行路線優(yōu)化方法，其特征在于：所述S3步驟中的功率優(yōu)化約束條件采用cvx工具包求解。