[發(fā)明專利]一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110930707.2
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113489531B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙睿;周潔;張孟杰;王培臣
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

1.一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法，其特征在于：包括：

步驟1、搭建無人機對地通信系統(tǒng)，所述無人機對地通信系統(tǒng)包括無人機B、無人機J、地面用戶和竊聽者，所述無人機B發(fā)送信息給地面用戶，所述無人機J發(fā)送干擾信號給地面的竊聽者，用D_m表示第m個地面用戶，用E_k表示第k個竊聽者，用T表示無人機整個飛行周期，將T離散化，等分為N個通信時隙δ_t，即T＝Nδ_t；

步驟2、利用離散化的時隙分別定義無人機、地面用戶和竊聽者的三維坐標，所述無人機的三維坐標表示為：所述M個地面用戶在三維笛卡爾坐標上坐標表示為將K個地面竊聽者在三維笛卡爾坐標上坐標表示為

步驟3、定義確定優(yōu)化問題的目標函數(shù)(P1)，通過在所有時間段內(nèi)對無人機B和無人機J的軌跡和功率進行聯(lián)合優(yōu)化，使最小平均安全傳輸速率最大化，所述目標函數(shù)(P1)表示為：

(P1)：

0≤P_J[n]≤P_J，max

其中，表示第n個時隙無人機B到地面用戶D_m的傳輸速率，表示第n個時隙無人機B到地面竊聽者E_k的傳輸速率，L表示無人機在每個時隙的最大飛行距離，表示無人機B在第n個時隙向第m個用戶發(fā)送的功率，P_J[n]表示無人機J在第n個時隙的發(fā)射功率，P_B，max表示無人機B發(fā)送功率的峰值，P_J，max表示無人機J發(fā)送功率的峰值，表示無人機B和無人機J之間的最小安全距離，表示無人機B在所有時隙的三維坐標點集合，Q_J表示無人機J在所有時隙的三維坐標點集合，表示無人機B在所有時隙的發(fā)送功率集合，表示無人機J在所有時隙的發(fā)送功率集合；

步驟4、對目標函數(shù)(P1)進行求解，得到最優(yōu)的最小平均安全傳輸速率；所述步驟4進一步包括：

步驟41、將目標函數(shù)(P1)優(yōu)化為兩個子問題，包括第一子問題和第二子問題，所述第一子問題為優(yōu)化無人機B和無人機J的軌跡，所述第二子問題為優(yōu)化無人機B和無人機J的發(fā)射功率；

步驟42、分別對第一子問題和第二子問題進行優(yōu)化；

步驟43、采用交替迭代算法以及SCA技術(shù)求解兩個子問題，直到算法收斂，得到最終解，即最優(yōu)的最小平均安全傳輸速率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率和三維軌跡聯(lián)合優(yōu)化的無人機協(xié)作通信方法，其特征在于：

所述的計算公式為：

所述的計算公式為：

其中，表示在第n個時隙無人機B與所有地面合法節(jié)點之間的信道增益與加性高斯白噪聲的比值，表示在第n個時隙無人機J與所有地面合法節(jié)點之間的信道增益與加性高斯白噪聲的比值；

所述和均采用如下計算公式得到：

其中，H表示無人機B、無人機J的初始飛行高度，λ₀為d＝1m時的信道功率增益與噪聲的比值，所述λ₀的計算公式為：β₀為d＝1m時的信道功率增益，表示加性高斯白噪聲。