[發(fā)明專利]一種空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī)位置部署及數(shù)據(jù)鏈抗干擾方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110268428.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113055898B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟道森;何亦昕;張若南;王琛;石啟祺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W16/18
• 分類(lèi)號(hào): H04W16/18;H04W16/22;H04W4/40;H04B7/185;H04B1/707;H04L27/26
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

1.一種空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī)位置部署及數(shù)據(jù)鏈抗干擾方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建由1個(gè)基站、1個(gè)無(wú)人機(jī)、V個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊緣車(chē)輛組成的空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)模型；

步驟1-1：空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)包括1個(gè)基站、1個(gè)無(wú)人機(jī)和V個(gè)車(chē)輛，V＝{1，2，...V}且車(chē)輛均處于網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)；

基站與車(chē)輛間的通信鏈路為非可視距鏈路；基站和無(wú)人機(jī)之間以及無(wú)人機(jī)和車(chē)輛之間的通信鏈路為可視距鏈路；

無(wú)人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)采用譯碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，并采用非正交多址技術(shù)增強(qiáng)無(wú)人機(jī)中繼車(chē)聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能；

無(wú)人機(jī)的三維坐標(biāo)表示為(X_u，Y_u，H_u)，其中X_u為無(wú)人機(jī)的X軸坐標(biāo)，Y_u為無(wú)人機(jī)的Y軸坐標(biāo)，H_u為無(wú)人機(jī)飛行高度；

步驟1-2；在空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)中，采用非正交多址技術(shù)的車(chē)輛v的數(shù)據(jù)傳輸速率為：

其中，和分別為采用非正交多址技術(shù)的基站-無(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)-車(chē)輛v、基站-車(chē)輛v之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，分別表示為：

其中，k表示信道序號(hào)，為基站-無(wú)人機(jī)間的信道功率增益，為無(wú)人機(jī)-車(chē)輛v間的信道功率增益，為基站-車(chē)輛v間的信道功率增益，σ²為噪聲功率，和為基站和無(wú)人機(jī)在第k個(gè)信道上的發(fā)射功率；

則空地一體化車(chē)聯(lián)網(wǎng)中車(chē)輛v的數(shù)據(jù)傳輸速率R_v(X_u，Y_u，H_u)表示為：

則所有車(chē)輛的總數(shù)據(jù)傳輸速率R^tot(X_u，Y_u，H_u)表示為：

步驟2：基于空地協(xié)作車(chē)聯(lián)網(wǎng)模型，構(gòu)建無(wú)人機(jī)位置部署目標(biāo)與優(yōu)化條件；

步驟2-1：當(dāng)無(wú)人機(jī)的飛行高度H_u小于等于基站高度H_b時(shí)，隨H_u增加而增加，隨H_u增加而下降；

當(dāng)無(wú)人機(jī)的飛行高度H_u大于基站高度H_b時(shí)，和均隨H_u增加而下降；因此，無(wú)人機(jī)飛行高度上限為基站高度H_b；

步驟2-2：無(wú)人機(jī)位置部署問(wèn)題形式化為一個(gè)多約束條件下的優(yōu)化問(wèn)題：

其中，為無(wú)人機(jī)X軸坐標(biāo)的最小值，為無(wú)人機(jī)X軸坐標(biāo)的最大值，為無(wú)人機(jī)Y軸坐標(biāo)的最小值，為無(wú)人機(jī)Y軸坐標(biāo)的最大值，為無(wú)人機(jī)最低飛行高度；

步驟3：基于無(wú)人機(jī)位置部署目標(biāo)與優(yōu)化條件，通過(guò)一維搜索算法和CVX凸優(yōu)化方法進(jìn)行迭代求解，并構(gòu)建無(wú)人機(jī)位置部署方法；

步驟3-1：給定無(wú)人機(jī)X軸坐標(biāo)無(wú)人機(jī)Y軸坐標(biāo)無(wú)人機(jī)位置部署問(wèn)題P1轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

目標(biāo)函數(shù)為關(guān)于無(wú)人機(jī)飛行高度H_u的一維目標(biāo)函數(shù)，能通過(guò)一維搜索算法進(jìn)行求解，獲得該條件下的無(wú)人機(jī)最優(yōu)飛行高度

步驟3-2：給定無(wú)人機(jī)最優(yōu)飛行高度無(wú)人機(jī)位置部署問(wèn)題P2轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

優(yōu)化問(wèn)題P3為凸問(wèn)題，能通過(guò)CVX凸優(yōu)化方法進(jìn)行求解，獲得無(wú)人機(jī)最優(yōu)X軸坐標(biāo)Y軸坐標(biāo)

步驟3-3：重復(fù)步驟3-1和步驟3-2直至優(yōu)化問(wèn)題P3收斂，得到最優(yōu)無(wú)人機(jī)位置部署坐標(biāo)為

步驟4：基于無(wú)人機(jī)位置部署方法，采用多進(jìn)制擴(kuò)頻技術(shù)與多載波調(diào)制技術(shù)，構(gòu)建無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈抗干擾方法；

步驟4-1：無(wú)人機(jī)部署在最優(yōu)位置后，無(wú)人機(jī)作為發(fā)射端首先進(jìn)行數(shù)據(jù)分路，對(duì)每路信息流分別進(jìn)行(2，1，7)卷積編碼，再對(duì)每一路信息分別進(jìn)行多進(jìn)制擴(kuò)頻處理，再分別經(jīng)過(guò)多載波調(diào)制，此時(shí)，每一路發(fā)射信號(hào)S_i(t)表示為：

其中P_d表示無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈載波功率，C_i(t)表示第i路多進(jìn)制擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼PN_i(t)脈沖成型后的波形信號(hào)，其中擴(kuò)頻碼集包含了M個(gè)長(zhǎng)度為N的擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼{PN₁，PN₂，…，PN_M}，f_c表示載波頻率；Δf表示多載波調(diào)制的載波間隔；

再將各路發(fā)射信號(hào)S_i(t)進(jìn)行合路，對(duì)合路后的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行上變頻處理后串行發(fā)射；

步驟4-2：車(chē)輛作為接收端接收到的信號(hào)表示為：

r(t)＝S(t-τ)+n(t) (11)

其中S(t)表示多路信號(hào)疊加合成信號(hào)，S(t)＝S₁(t)+S₂(t)+…+S_i(t)；

對(duì)每一路信號(hào)分別經(jīng)過(guò)數(shù)字正交下變頻再進(jìn)行多載波解調(diào)后分別表示為：

y_i(t)＝r(t)cos(2π(f_c+(i-1)Δf)t) (12)

再將信號(hào)經(jīng)過(guò)FIR低通濾波器，進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)后輸出為：

其中T為卷積時(shí)間，C(t)為經(jīng)過(guò)成型濾波器后的擴(kuò)頻碼集；

進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)后的得到對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻序列，把對(duì)應(yīng)的擴(kuò)頻序列轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的比特流，再經(jīng)過(guò)并串變換轉(zhuǎn)換成一路信息流，最后進(jìn)行信道譯碼，即可獲取無(wú)人機(jī)所發(fā)射的信息。