[發(fā)明專(zhuān)利]一種不確定信道環(huán)境中多中繼無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110401813.1
• 申請(qǐng)日: 2021-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113034981B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建山;郝威;龍科軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G08G5/00
• 分類(lèi)號(hào): G08G5/00;H04B7/185;H04W4/44;G05D1/10
• 代理公司: 北京知匯林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11794
• 代理人: 楊華

本發(fā)明涉及一種不確定信道環(huán)境中多中繼無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，所述方法包括以下步驟：建立多無(wú)人機(jī)群對(duì)地鏈路通信模型；計(jì)算無(wú)人機(jī)傳輸和移動(dòng)過(guò)程中的能量效率；根據(jù)所述能量效率和約束條件建立多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型；將所述多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為無(wú)隨機(jī)約束的多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型，利用凸優(yōu)化算法求解所述多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型，得到無(wú)人機(jī)群的最優(yōu)航行軌跡。本發(fā)明能夠提高無(wú)人機(jī)群與地面移動(dòng)車(chē)輛傳輸時(shí)的能量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種不確定信道環(huán)境中多中繼無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

作為低空無(wú)線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，無(wú)人機(jī)在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注，在未來(lái)后5G和6G時(shí)代，空中無(wú)人機(jī)與地面移動(dòng)之間的合作網(wǎng)絡(luò)將成為一種重要的通信網(wǎng)絡(luò)模式。與具有固定基站的傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相比，無(wú)人機(jī)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)具有更好的態(tài)勢(shì)感知能力、靈活部署能力和更廣的覆蓋范圍。無(wú)人機(jī)所參與無(wú)線通信系統(tǒng)越來(lái)越多，在空中搭建通信中繼能夠有效提高通信性能，并且能夠避免了信息在傳輸過(guò)程中遇到的陰影衰落問(wèn)題，為接收或轉(zhuǎn)發(fā)給地面用戶數(shù)據(jù)提供可靠的通信鏈路，具有比較高的研究?jī)r(jià)值和意義。

通常而言，一架無(wú)人機(jī)在執(zhí)行傳輸任務(wù)時(shí)不能滿足系統(tǒng)的需求，因此需要調(diào)度多架無(wú)人機(jī)飛行到最優(yōu)位置，從而對(duì)地面移動(dòng)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋，高效完成傳輸任務(wù)。無(wú)人機(jī)從初始位置到達(dá)指定位置的過(guò)程中會(huì)消耗大量能量，飛行距離越遠(yuǎn)所消耗的能量越多，其次通信能耗也與無(wú)人機(jī)的位置相關(guān)聯(lián)。但無(wú)人機(jī)的能量往往受限，因此節(jié)能是無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)，計(jì)算出無(wú)人機(jī)的能效最優(yōu)航跡能夠有效對(duì)能量損耗進(jìn)行控制。

在無(wú)人機(jī)移動(dòng)的高動(dòng)態(tài)環(huán)境中，與地面移動(dòng)車(chē)輛通信鏈路間的某些重要參數(shù)，如信道狀態(tài)信息無(wú)法準(zhǔn)確獲得，這也給無(wú)人機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的研究帶來(lái)了困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種不確定信道環(huán)境中多中繼無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，所述方法包括以下步驟：建立多無(wú)人機(jī)群對(duì)地鏈路通信模型；計(jì)算無(wú)人機(jī)傳輸和移動(dòng)過(guò)程中的能量效率；根據(jù)所述能量效率和約束條件建立多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型；將所述多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為無(wú)隨機(jī)約束的多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型，利用凸優(yōu)化算法求解所述多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型，得到無(wú)人機(jī)群的最優(yōu)航行軌跡。本發(fā)明將信道的不確定性增益用于不確定信道環(huán)境的多中繼無(wú)人機(jī)高能效航跡規(guī)劃，構(gòu)建高可靠性和高能效的多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型，提高數(shù)據(jù)傳輸能力和無(wú)人機(jī)群與地面移動(dòng)車(chē)輛傳輸時(shí)的能量效率。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種不確定信道環(huán)境中多中繼無(wú)人機(jī)航跡規(guī)劃方法，所述方法包括以下步驟：

S1：建立多無(wú)人機(jī)群對(duì)地鏈路通信模型，將無(wú)人機(jī)群的下行傳輸速率表示為：

其中，其中N為無(wú)人機(jī)數(shù)量，p_i[t]為第i無(wú)人機(jī)t時(shí)刻的傳輸功率，g[t]為t時(shí)刻的信道增益；T為無(wú)人機(jī)群與地面車(chē)輛的通信和飛行時(shí)間；B為帶寬參數(shù)；σ為高斯白噪聲參數(shù)；d_s，i[t]為中繼無(wú)人機(jī)群的第i個(gè)無(wú)人機(jī)和地面移動(dòng)車(chē)輛m之間的距離；

S2：計(jì)算無(wú)人機(jī)傳輸和移動(dòng)過(guò)程中的能量效率EE：

其中ET[t]為t時(shí)刻中繼無(wú)人機(jī)群的傳輸能耗，E_M[t]為無(wú)人機(jī)群從上一位置移動(dòng)到當(dāng)前位置所需的能量消耗；

S3：根據(jù)所述能量效率EE和約束條件C1、C2、C3、C4，建立多中繼無(wú)人機(jī)能效最優(yōu)航跡規(guī)劃模型：