[發明專利]無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法及裝置

在審

• 申請號: 202210405857.6
• 申請日: 2022-04-18
• 公開（公告）號: CN114980157A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張海君;張燕霞;李亞博;隆克平;云翔
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W4/40;H04B7/185;G06N20/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

本發明公開了一種無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法及裝置，該方法包括：針對多無人機系統，假設無人機系統運行時長為最長飛行時間，將其等比例劃分為若干個時隙，在每個時隙中，假定無人機的速度為勻速；然后基于無人機燃料消耗問題，以最大化整個中繼網絡的容量為目標，構建優化目標模型；中繼無人機作為局部端采用強化學習算法進行本地模型訓練，獲取無人機的最優飛行方向和發射功率，以優化每個時隙內的中繼網絡容量；基于本地模型訓練結果，采用聯邦學習實現無人機中繼網絡中的軌跡優化。本發明基于無人機燃料消耗問題，采用聯邦學習進行數據保護，實現了無人機中繼網絡容量的最大化，可有效提高中繼網絡的通信性能。

技術領域

本發明涉及無人機輔助通信技術領域，特別涉及一種無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法及裝置。

背景技術

無人機是一種以無線電遙控或由自身程序控制為主的不載人飛機，是一種新興的軍事、公共和民用技術。無人機具有高機動性、體積小、成本低、使用方便等優點。近年來關于利用無人機輔助地面網絡的許多研究迅速興起，包括空中基站、中繼傳輸、飛行計算云和5G網絡中的其他應用。

在遠距離通信過程中或通信基礎設施受損的情況下，無人機可作為中繼器將信號轉發到遠程基站。與固定中繼相比，無人機中繼處于高空中，有更高的視線(LOS)傳輸概率、更大的通信范圍，因此，無人機中繼具有更好的通信性能、更低的通信中斷概率。與衛星中繼相比，無人機具有高機動性、低成本、易維修等優點。因此，無人機中繼技術是未來的一大發展趨勢。

而關于無人機中繼網絡的容量優化問題，至今還沒有很好的解決方案。

發明內容

本發明提供了一種無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法及裝置，以針對多無人機中繼網絡，在考慮燃料消耗的基礎上，優化中繼網絡容量，提升中繼網絡的通信性能。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法，所述無人機中繼網絡中基于聯邦學習的軌跡優化方法包括：

針對多無人機系統，假設無人機系統運行時長為最長飛行時間，將其等比例劃分為若干個時隙，在每個時隙中，假定無人機的速度為勻速；然后基于無人機燃料消耗問題，以最大化整個中繼網絡的容量為目標，構建優化目標模型；

中繼無人機作為局部端采用強化學習算法進行本地模型訓練，獲取無人機的最優飛行方向和發射功率，以優化每個時隙內的中繼網絡容量；

基于本地模型訓練結果，采用聯邦學習實現無人機中繼網絡中的軌跡優化。

進一步地，所述優化目標模型的表達式為：