[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(shè)計）人: 張廣馳;歐曉琪;崔苗;林凡
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 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(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明提出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，包括以下步驟：建立多無人機交替中繼通信模型；初始化設(shè)置迭代次數(shù)、無人機中繼的初始功率、初始軌跡以及誤差閾值；將無人機的初始功率和軌跡代入預(yù)設(shè)的功率優(yōu)化約束條件，得到預(yù)測的源端發(fā)射功率和無人機中繼的發(fā)射功率的最優(yōu)解，以及第一目標(biāo)函數(shù)值；當(dāng)?shù)谝荒繕?biāo)函數(shù)值的增量滿足誤差閾值時，將上述最優(yōu)解數(shù)據(jù)以及無人機中繼的軌跡代入預(yù)設(shè)的軌跡優(yōu)化約束條件，得到預(yù)測的無人機中繼的軌跡的最優(yōu)解，以及第二目標(biāo)函數(shù)值；當(dāng)?shù)诙繕?biāo)函數(shù)值的增量滿足誤差閾值時，將第二目標(biāo)函數(shù)值作為目標(biāo)吞吐量進一步判斷其增量是否滿足誤差閾值，若是則輸出，否則繼續(xù)迭代。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及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。

背景技術(shù)

近年來，無人機越來越多的應(yīng)用在無線通信，新聞電視，物流配送等。在一些受災(zāi)地區(qū)，通信基礎(chǔ)設(shè)施受到破壞，無人機中繼可以快速建立通信系統(tǒng)幫助受災(zāi)群眾恢復(fù)通信。對于固定的源和目標(biāo)節(jié)點的三點協(xié)作通信系統(tǒng)，現(xiàn)已有由單無人機中繼工作在全雙工模式的通信系統(tǒng)。由于通信模型和信息因果約束的制約，無人機中繼在遠離源節(jié)點并且靠近目標(biāo)節(jié)點的時候，系統(tǒng)的吞吐量會迅速下降。為了提高系統(tǒng)吞吐量，目前主要采用多跳無人機多跳作空中中繼協(xié)助從固定的源端到目標(biāo)節(jié)點通信建立的通信模型，然而該模型也是會受到信息因果約束的制約，每一個無人機中繼只能轉(zhuǎn)發(fā)從前一個中繼接收到的信息，因此相對于源端的發(fā)出的信息，傳到目的端的信息會損耗很多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的系統(tǒng)吞吐量低、傳輸信息損耗大的缺陷，提供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。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

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，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(biāo)節(jié)點，以及M個無人機中繼，其中M為正整數(shù)；

S2：初始化設(shè)置迭代次數(shù)γ＝0，設(shè)置無人機中繼的初始功率和初始軌跡以及誤差閾值ε；

S3：將所述無人機的初始功率和軌跡代入預(yù)設(shè)的功率優(yōu)化約束條件，得到預(yù)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(biāo)函數(shù)值

S4：判斷所述第一目標(biāo)函數(shù)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(shè)置迭代次數(shù)為γ＝γ+1，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行S3步驟；

S5：將所述預(yù)測的源端發(fā)射功率的最優(yōu)解預(yù)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(yù)設(shè)的軌跡優(yōu)化約束條件，得到預(yù)測的無人機中繼的軌跡的最優(yōu)解并得到第二目標(biāo)函數(shù)值

S6：判斷所述第二目標(biāo)函數(shù)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(shè)置迭代次數(shù)為γ＝γ+1，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行S5步驟；

S7：將所述第二目標(biāo)函數(shù)值作為目標(biāo)吞吐量R^r，然后判斷所述目標(biāo)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(yù)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作為輸入，并設(shè)置γ＝γ+1后執(zhí)行S3步驟；若是，則輸出所述預(yù)測的源端發(fā)射功率預(yù)測的無人機中繼的發(fā)射功率預(yù)測的無人機中繼的軌跡以及所述目標(biāo)吞吐量R^γ。

本技術(shù)方案中，采用交替最大化方法解決問題，將優(yōu)化變量劃分為發(fā)射功率分配變量和無人機中繼飛行路線的變量，分別將初始化設(shè)置的初始功率和初始軌跡代入預(yù)設(shè)的功率優(yōu)化約束條件、軌跡優(yōu)化約束條件，即先通過給定初始軌跡優(yōu)化功率分配，然后把優(yōu)化得到的功率再帶到軌跡優(yōu)化部分，最后把得到的軌跡優(yōu)化結(jié)果帶到功率優(yōu)化的部分，并根據(jù)預(yù)設(shè)的誤差閾值或迭代次數(shù)進行迭代，直到目標(biāo)值收斂，得到吞吐量的最大值。