[发明专利]无人机携能传输的飞行轨迹与功率分配联合优化方法

权利要求书

1.一种无人机携能传输的飞行轨迹与功率分配联合优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，将无人机携能传输的飞行轨迹设计与功率分配的优化问题进行建模，该优化问题包含优化目标、优化变量以及约束条件，具体为：

其中，E是所有地面节点中收集能量最小者的下界；是地面节点的集合，每个节点k∈的坐标为(x_k，y_k，0)，而且w_k＝(x_k，y_k)；是工作时间集合，是时隙集合，所以δ_t＝T/N是单位时隙长度；无人机的高度为H，无人机在第n个时隙的位置为(x_U[n],y_U[n],H)，其中q[n]＝(x_U[n],y_U[n])；无人机初始位置和终止位置投影到地面的坐标表示为q_I＝q[0]＝(x₀,y₀)和q_F＝q[N]＝(x_F,y_F)；无人机最大飞行速度为V_max；每个节点的分割比率均相同，其中节点比率ρ的接收功率给能量收集机，节点比率1-ρ的接收功率给信息接收机；在时间T内，无人机发射给地面节点的总功率为P₀；B为整个系统的带宽；β₀是单位距离的信道功率增益，α是环境衰减因子；p_k[n]是第n个时隙，无人机发射给第k个节点的功率，0≤η≤1是每个节点整流器的能量转换效率；σ²是噪声功率谱密度；设每个节点的数据量门限为γ_th；

步骤2，将步骤1的原问题分解成两个子问题；将固定无人机飞行轨迹，更新无人机发射功率分配的优化问题建模为子问题一；将固定无人机发射功率分配，更新无人机飞行轨迹的优化问题建模为子问题二；

步骤3，将步骤2和步骤3的两个子问题交替迭代优化，采用联合优化算法对无人机的飞行轨迹和发射功率分配进行联合优化。

2.根据权利要求1所述的无人机飞行轨迹与功率分配联合优化方法，其特征在于：步骤2所述的固定无人机飞行轨迹，更新无人机发射功率分配的问题建立模型如下，

上述问题采用内点法算法求解。

3.根据权利要求1所述的无人机携能传输的飞行轨迹与功率分配联合优化方法，其特征在于：步骤2所述的固定无人机发射功率分配，更新无人机飞行轨迹的问题建立模型如下，

其中，

上述式(5)和式(6)中qⁱ[n]和qⁱ⁺¹[n]是第n个时隙无人机第i次迭代的位置，上述问题采用内点法算法求解。

4.根据权利要求1所述的无人机携能传输的飞行轨迹与功率分配联合优化方法，其特征在于：步骤3所述采用联合优化算法对无人机的飞行轨迹和发射功率分配进行联合优化，具体地，通过以下步骤实现：

5.1初始化

输入变量p_k[n]和q[n]的初始化值和q⁰[n]，迭代次数i＝0,误差精度ε；

5.2迭代运算

在本步骤中，依次迭代执行以下运算：

(1)固定q[n]为qⁱ[n]，求解子问题一，得到优化变量的最优解

(2)固定为求解子问题二，得到优化变量qⁱ[n]的最优解q^*[n]；

(3)更新{p[n],q[n]}ⁱ⁺¹＝{p[n],q[n]}^*；

(4)当满足时，i＝i+1，跳到(1)；否则迭代终止。

5.3输出

输出无人机在所有时隙n∈上无人机飞行轨迹q[n]和分配给第k∈地面节点的发射功率p_k[n]。