[发明专利]一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法

说明书

本发明公开了一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法，针对无人机通信领域中无人机中继航迹优化问题，在未知地面节点位置的情况下，利用接收信号强度对位置未知并且处于移动状态的各个地面终端节点进行大致定位，在此基础上，计算最优航向角并实现无人机航向角的快速调整，以航迹最小化为准则实现无人机中继航迹优化。该发明使得无人机能够更加直接的进行航迹规划，在搜寻路径更短的情况下完成通信任务；由于搜寻路径更短，无人机能耗大幅降低，达到了无人机能耗优化的目标。该发明适用于地面节点不停移动变化的场景，算法中每个符号周期都会对全局最差通信节点位置进行更新，不依赖于上一次计算的节点位置，拥有良好的环境适应性。

技术领域

本发明涉及无人机无线通信技术领域，具体涉及一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法。

背景技术

目前无人机已被广泛应用于众多行业。利用无人机作为通信中继是无人机的重要应用领域。与传统的固定中继相比较，无人机中继的建立不依赖于长期的基础设施建设，具有机动性高、构建高效迅速等特点，特别适合于紧急突发情况和危险环境下的临时通信网络搭建。此外，无人机在通信过程中可以根据环境动态调整自身的位置，可有效改善通信质量；面对远距离、多阻隔、无法直接通信的环境如山区等，无人机特有的移动性使其可以有效扩大通信覆盖范围。

由于无人机本身的体积有限，能携带的能源受限，如何有效地提升无人机中继的通信效率、降低能耗是无人机通信领域的一大挑战。无人机的大部分能耗是在自身的飞行耗能上，航迹优化是降低无人机能耗的重要技术手段；同时航迹优化可以使得以直射信号通信为主的无人机飞行到更优的通信位置，实现通信效率的提升。

目前，已经有部分研究提出关于无人机中继航迹优化的方法。公开号为CN107017940A，公开日为2017年8月4日的发明专利“无人机中继广播通信系统航迹优化方法”，提供了一种针对固定翼无人机中继广播通信、基于用户节点平均中断概率最小化准则的无人机航向角优化方法，但该方法仅适用于地面终端节点分布均匀且位置已知的情形。Yong Zeng和RuiZhang发表在IEEE Transactions on Communications的论文“ThroughputMaximization for UAV-Enabled Mobile Relaying Systems”提出了一种基于连续凸优化算法、在每个时间间隔迭代更新无人机轨迹的通信路径优化方法，但仅考虑已知基站和终端节点位置情况下的点对点通信。Dae Hyung Choi发表在Proceedings of the 2014IEEESymposium on Computers and Communication的论文“Low-complexity ManeuveringControl of a UAV-based Relay without Location Information of Mobile GroundNodes”提出了一种地面节点位置未知、基于接收信号强度的航迹优化方法，但该方法的初始航向角随机设定，飞行过程中的航向角调整缓慢，航迹优化的效果严重受制于初始化航向角的方向，不能很好地实现航迹的优化。

综上所述，现有的无人机中继航迹优化主要针对位置固定且已知的终端节点，或者飞行过程中的航向角调整速度缓慢，在实际情况下都有性能缺陷，无人机航迹优化算法还有待改进。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法，利用接收信号强度对位置未知并且处于移动状态的各个地面终端节点进行大致定位，在此基础上，计算最优航向角并实现无人机航向角的快速调整，以航迹最小化为准则实现无人机中继航迹优化。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法，所述的无人机中继航迹优化方法包括下列步骤：