[發明專利]無線充電的無人機模型及其優化方法、系統和計算機介質

有效

• 申請號: 202110080880.8
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112904727B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 杜鵬飛;劉星;曾琦
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;H02J50/00;H02J7/00;H04B17/309;H04B17/391;H04W12/03
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

1.一種無線充電的無人機模型，其特征在于，包括無線充電樁對無人機無線充電階段和數據傳輸階段；

數據傳輸階段包括無人機對節點傳輸數據，無人機對節點傳輸數據包括無人機對接收節點傳輸數據和無人機對竊聽節點傳輸數據，所述無人機對竊聽節點傳輸數據為無人機被動對竊聽節點傳輸數據或竊聽節點非法接收無人機的傳輸數據，其中節點包括接收節點和竊聽節點；

所述模型依據無人機在時隙內接收到的電能通過兩個通道傳輸數據至竊聽節點與 接收節點；

優化所述模型得到最大安全信息總量的步驟如下：

A、設置機選參數并進行參數的取值范圍限制，參數包括無線充電樁對無人機無線充電時間、無人機的飛行軌跡和數據傳輸階段無人機的發送功率；

B、對每個時隙內的參數進行選擇，其中，在時隙內無線充電樁對無人機無線充電階段的時間為無線充電樁對無人機無線充電時間；

基于包括迭代優化和連續凸近似方法對連續多個時隙內的參數進行取值機選得到最大安全信息總量，對最大的安全信息總量的計算結果運用拉格朗日對偶分解，最終得到收斂的最優解，最優解即為規劃周期內的最大安全信息總量，具體計算過程如下：

基于系統安全信息容量最大化準則的無人機無線充電時間、飛行軌跡和發送功率聯合優化方法，其中，優化變量為X＝{α(t),q_a(t),P_a(t),t＝1,...,N}，其中α(t)表示時隙t內無線充電階段所占的比例，q_a(t)表示時隙t內無人機的位置，P_a(t)表示時隙t內無人機的發射功率，因此，可以建模為：

上述建模的求解過程如下：

利用迭代優化和連續凸近似方法提出基于無線充電無人機的保密通信策略，該策略流程為：

步驟1：參數初始化：設置每個時隙的無線充電階段所占的比例的初始值、無人機位置和無人機發射功率的初始值，即設置每個時隙的松弛變量的初始值，即設置迭代次數k＝1，系統允許誤差δ＝0.001；

步驟2：給定的情況下求解下面子問題：

利用Matlab求解上述線性規劃問題獲得最優解{α^*(t),t＝1,...,N}，然后令

{α^k(t)＝α^*(t),t＝1,...,N}；

步驟3：給定的情況下求解下面子問題：

利用拉格朗日對偶分解方法求得上述子問題的最優值令

步驟4：給定的情況下求解下面子問題：

其中，表示矩陣的轉置，利用Matlab中的CVX工具包求解上述子問題獲得最優值，令

步驟5：計算目標函數的值然后判斷|O^k-O^k-1|≤δ,如果滿足算法迭代終止，可以獲得最優解X^*；如果|O^k-O^k-1|＞δ，返回步驟2直到滿足算法終止條件。

2.根據權利要求1所述的一種無線充電的無人機模型，其特征在于，兩個通道分別為主信道和竊聽信道，主信道對應接收節點，竊聽信道對應竊聽節點；

節點接收無人機發送的數據和與節點自身屬性適應的高斯白噪聲；

所述模型計算得到節點在所述時隙內接收數據的瞬時信噪比和信息總量；

其中，所述模型計算得到接收節點在所述時隙內接收數據的瞬時信噪比，依據接收節點的瞬時信噪比計算得到接收節點在數據傳輸階段中所述時隙內的信息總量；

所述模型還包括計算得到竊取節點在所述時隙內非法接收數據的瞬時信噪比，依據竊取節點的瞬時信噪比計算得到竊取節點在數據傳輸階段中所述時隙內的信息總量。

3.根據權利要求2所述的一種無線充電的無人機模型，其特征在于，所述模型還用于計算得到規劃周期內的安全信息總量；

多個均分的時隙組成所述規劃周期；

安全信息總量為計算得到的所有時隙中接收節點信息總量減去竊取節點信息總量的差值，其中，時隙內，當竊取節點的信息總量大于接收節點的信息總量，所述差值為零。