[发明专利]协作MIMO系统中的机载中继

说明书

一种无人驾驶飞行器(UAV)包括态势感知系统，其耦接到感测其他UAV的位置的至少一个机载传感器。协作无线接入网(RAN)信号处理器被配置成对与至少一个其他UAV协作的UAV‑用户设备(UE)信道中的RAN信号进行处理，以提供UAV‑UE信道的增加的秩并产生RAN性能准则。飞行控制器基于其他UAV的相对空间位置和在导航准则的预定边界内操作的RAN性能准则来执行对UAV的飞行的自主导航控制。UAV可配置成对被识别为威胁的一个或多个UE采用缓解策略，并且可以协调其他UAV进行此类缓解。

相关交叉引用

本申请要求于2015年7月27日提交的美国临时申请62/197,336的优先权，该申请以整体引用的方式明确并入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及对无人驾驶飞行器(UAV，unmam1ed aerial vehicle)的控制，更特别地涉及使用被配置成用作无线接入网中的中继的UAV群的控制方法及系统。

背景技术

背景说明包括可用于理解本发明的信息。这并不是承认本文中所提供的任何信息是现有技术或与目前所要求保护的发明相关，或者任何具体或隐含引用的出版物是现有技术。

利用诸如远程控制的无人机/飞机、直升机和多用途直升机之类的无人驾驶飞行器(UAV)来执行各种任务越来越受到关注。然而，仍面临的挑战是如何针对这些特定用途中的每一个来更好地控制UAV。

在一些应用中，通过使用以集中或组织方式控制的两个或更多UAV来执行任务是理想的或有用的。例如，可以在多个UAV飞越目标地理区域时使用群控制(swarm control)来控制它们。群可以被认为是具有大量自主的自反性代理的自组织粒子系统(例如，UAV是这些粒子)，这些代理的集体运动可以通过诸如风和障碍物(如另一附近的UAV)之类的局部影响来确定。UAV是独立的并且通常被局部控制，这些控制可以包括与附近的UAV通信来确定哪一架UAV运动或者是否两架UAV都应该运动以避免即将发生的碰撞。

多代理系统的形成可以基于两种主要方法-即集中式方法和分散式方法来控制。集中式方法具有每个代理可以通过中央控制器来接收全局信息的优点。在分散式方法中，每个代理具有增加其可靠性的局部控制器。当全局信息不可用时，还能够使用分散式方法。

在飞行管理方面，同步即实时协商或同时操作，这在动态系统的控制中是一个重要的概念。一种改进同步性能的重要技术是交叉耦合，该交叉耦合基于共享控制回路的反馈信息，并且在多轴协作操纵机器人的运动同步中有着广泛的应用。一方面，与多个代理耦合提供了更好的运动同步；另一方面，代理的通信范围限制了一代理可以耦接的多个代理。

UAV在实现高速无线通信中的使用有望在未来的通信系统中扮演重要的角色。在无线接入网(RAN，radio access network)中，装备有RAN收发机的UAV可以用来快速部署RAN服务，并提供相比较地面蜂窝网络而言CAPEX(Capital Expenditure，资本性支出)和OPEX(Operating Expense，运营成本)更低的可靠的宽带网络基础设施。例如，这种UAV可以用作地基基站收发台(BTS，base transceiver station)和一个或多个用户设备(UE)之间的中继。

UAV的高移动性可导致高度动态的网络拓扑，这些网络拓扑通常是稀疏且间歇连接的。因此，有效的多UAV协调、或UAV群操作应该被设计成确保可靠的网络连接性。

另一挑战源自UAV的大小、重量和功率约束，这些限制了UAV的通信、计算和承受能力。为了解决上述问题，能量感知的UAV部署和操作机制为智能能量消耗和补给所需。另外，由于UAV的移动性以及缺少固定的回程链路，在相邻小区与UAV使能的空中基站间的干扰协调比在地面蜂窝系统中更具挑战。虽然传统思维可以调用用于UAV辅助的蜂窝覆盖的有效的干扰管理技术，但是已表明协作多输入多输出(MIMO，Multiple-Input MultipleOutput)利用干扰来提供对RAN性能的显著改进。