[發(fā)明專利]一種固定翼無人機(jī)通信過程能量優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110321632.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113050453B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 寧召柯;李彬;張藝嚴(yán);余琪;朱勃帆;魏鈺良
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 劉華平

1.一種固定翼無人機(jī)通信過程能量優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：通過無人機(jī)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換推導(dǎo)出無人機(jī)在高度固定與高度可變兩種情況下的模型方程；公式(1)為無人機(jī)在高度可變下的模型方程，公式(2)為推導(dǎo)出的無人機(jī)在高度固定下的模型方程；

其中γ為爬升角，χ為偏航角，μ為滾轉(zhuǎn)角，F(xiàn)為推力，D為阻力，n代表的是無人機(jī)的負(fù)載系數(shù)，m代表包括無人機(jī)所有載荷的總質(zhì)量，而g是以m/s^2為單位表示的重力加速度；

S2：建立一個(gè)無人機(jī)通信過程中的信道方程；

S3：建立無人機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)能耗方程；

S4：所需要的方程建立完成后，將研究的問題描述為具有連續(xù)狀態(tài)不等式約束和等式約束的非線性最優(yōu)控制問題；

所述步驟S4中將研究的問題描述為具有連續(xù)狀態(tài)不等式約束和等式約束的非線性最優(yōu)控制問題具體為：

P1

x(0)＝x₀

x(T)＝x_t

y(0)＝y(tǒng)₀

y(T)＝y(tǒng)_t

z(0)＝z₀

z(T)＝z_t

V(0)＝v₀

χ(0)＝χ₀

γ(0)＝γ₀

V_min≤V≤V_max

z≥z_min

F_min≤F≤F_max

μ_min≤μ≤μ_max

n_min≤n≤n_max

P2

x(0)＝x₀

x(T)＝x_t

y(0)＝y(tǒng)₀

y(T)＝y(tǒng)_t

V(0)＝v₀

χ(0)＝χ₀

V_min≤V≤V_max

F_min≤F≤F_max

μ_min≤μ≤μ_max

P1為高度可變下的問題描述，P2為高度不變下的問題描述，其中x₀，y₀和z₀是無人機(jī)的初始位置，x_t，y_t和z_t是無人機(jī)的端點(diǎn)，v₀，χ₀和γ₀分別是無人機(jī)的初始速度，初始航向角和初始俯仰角；σ是無人機(jī)在飛行任務(wù)中必須滿足的最小吞吐量；V_min是最小無人機(jī)速度，V_max是最大無人機(jī)速度，z_min是無人機(jī)的最小飛行高度，F(xiàn)是推力，F(xiàn)_min，F(xiàn)_max分別為最小推力和最大推力，μ_min是最小滾轉(zhuǎn)角，μ_max是最大滾轉(zhuǎn)角，n_min是最小載荷系數(shù)，n_max是最大載荷系數(shù)；B是信道帶寬，ρ₀為距離基站上空1m處參考接收到的信噪比；V為無人機(jī)飛行速度；

S5：將最優(yōu)控制問題方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將無人機(jī)無線通信問題轉(zhuǎn)化為非線性最優(yōu)參數(shù)選擇的典型數(shù)學(xué)問題，之后通過梯度的方法進(jìn)行求解，來最小化無人機(jī)的能量損耗。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定翼無人機(jī)通信過程能量優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟S2中無人機(jī)通信過程中的信道方程為：

其中，設(shè)基站處于坐標(biāo)系原點(diǎn)處，B是信道帶寬，ρ₀為距離基站上空1m處參考接收到的信噪比，S是平均信號功率，N是平均噪聲功率，S/N是信噪比(SNR)，此處的信噪比用分貝表示，分貝數(shù)Fb＝10×log10(S/N)。