[發(fā)明專利]一種多無人機協(xié)同中繼輔助車載自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010595201.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111768654B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設計）人: 田大新;張頌歌;段續(xù)庭;周建山;韓旭;郎平;郝威;龍科軍;劉赫;拱印生
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G5/00
• 分類號: G08G5/00;G06F17/11;G06F17/15;H04W4/40;H04W8/08;H04W84/18
• 代理公司: 北京知匯林知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11794
• 代理人: 董濤

1.一種多無人機協(xié)同中繼輔助車載自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立中繼無人機輔助的空基協(xié)作網(wǎng)中地空通信鏈路的信道模型：中繼無人機輔助的空基協(xié)作網(wǎng)由三部分組成，包括一個車輛源節(jié)點S，中繼無人機群中的節(jié)點D(s)以及目的節(jié)點d(s)，整個信道的增益以及各部分節(jié)點的傳輸功率需滿足有關信道容量R_1和R_2的條件限制；

(2)通過Karush-Kuhn-Tucker(KKT)條件引入Lagrange因子將優(yōu)化問題中所涉及的等式約束問題推廣到不等式約束，得到最終所需優(yōu)化的目標函數(shù)，轉化為最優(yōu)控制問題，定義其中的運動方程、允許控制范圍、狀態(tài)函數(shù)以及性能指標函數(shù)；

(3)離散化最優(yōu)控制問題模型后采用動態(tài)規(guī)劃的方法進行動態(tài)求解，通過k步迭代循環(huán)，逆向遞推求出整個過程中最優(yōu)控制序列，進而正向復原最優(yōu)控制序列和最優(yōu)軌跡；

(4)多無人機中繼輔助車載自組網(wǎng)鏈路通過信道評估指標建立直通和協(xié)作鏈路，并通過子內(nèi)容分配方法進行數(shù)據(jù)傳輸；

所述通信鏈路的信道模型通過信道增益和傳輸功率刻畫，

在多無人機協(xié)同中繼輔助傳輸場景中，N為節(jié)點數(shù)量，傳輸源節(jié)點記為i以及目的節(jié)點記為j，p_i(t)為節(jié)點i的發(fā)射功率，h_i，j為節(jié)點i與j間的信道增益，其中p_s(t)和p_r(t)分別為車輛節(jié)點S和無人機群節(jié)點的發(fā)射功率，另外空基鏈路和地基鏈路的信道增益分別為h_s,d(s)和h_r,d(s)，其動態(tài)變化的情況記為不確定集合且滿足條件步驟1中的參數(shù)需要在實際傳輸過程中滿足信道容量R₁和R₂的要求，且在數(shù)學公式上滿足如下條件約束：

信道容量R₁滿足如下限制：

即可以得到車輛節(jié)點傳輸功率需滿足

其中，g_s,r為地空通信鏈路的信道增益；

同理，信道容量R₂滿足如下限制：

其中P₁和P₂的定義具體如下：

即得到無人機中繼網(wǎng)絡每個節(jié)點的傳輸功率p_r(t)和車輛傳輸功率p_s(t)需要同時滿足：

所述步驟1中的目標函數(shù)可以寫為關于動態(tài)隨機變量Δh_TX的函數(shù)：

f(Δh_TX)＝δ+ξ (7)

其中δ和ξ的定義具體如下：

所述步驟1中關于車輛節(jié)點和無人機中繼節(jié)點的信道增益和傳輸功率聯(lián)合優(yōu)化問題即可表示為：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：引入Lagrange因子后得到的目標優(yōu)化函數(shù)為：

D≥0,i∈{s}∪D(S)

其中，Δh_i,d(s)為信道中不確定增益集；

根據(jù)求偏導得到最優(yōu)的Lagrange乘子參數(shù)v^*，目標函數(shù)需滿足：

3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于：將目標函數(shù)轉化為最優(yōu)控制問題，定義有關泛函及其運動方程、允許控制范圍、狀態(tài)函數(shù)以及性能指標函數(shù)，所述權利要求 1步驟3中的最優(yōu)控制問題中由信道限制R₁得到的容許控制集為：

由信道限制R₂得到的容許控制集為：

系統(tǒng)的總容許控制集為可表示為

價值函數(shù)可表示為