[发明专利]多基站多激光发射器的激光供能无人机无线通信方法

权利要求书

1.一种多基站多激光发射器的激光供能无人机无线通信方法，其特征在于，适用于多基站多激光发射器的激光供能无人机无线通信系统，所述无人机无线通信系统包括：无人机，K个地面基站和M个地面激光发射器；无人机从地面激光发射器发射的激光波束中获取能量，并且与地面基站在射频段进行通信，其中，M≥1，K≥1；

S1：基于上述的多基站多激光发射器的激光供能无人机无线通信系统，对无人机进行下行链路通信时，最大化所有K个地面基站的最小吞吐量的问题建立优化目标P2：

s.t.q(0)＝q₀，

q(T)＝q_F，

P_d(p_k(t)，ρ_k(t))+P_f(q(t))≤P_h(q(t))

其中，q₀和q_F分别是无人机的初始位置和最终位置，V_max是无人机飞行的最大速度，q(t)为无人机轨迹，p_k(t)为下行链路传输功率，ρ_k(t)为传输模式，u_k＝{x_k，y_k}为地面基站的水平位置坐标；H为无人机离地面的飞行高度，为定值，且H大于0；P_d为无人机在T时间段内的下行链路通信的总能量消耗；P_f为无人机在整个时间范围T内的向前飞行动力能耗；P_h为无人机在T时间段从所有激光发射器上获取的总能量；γ为信噪比；

S2：利用联合优化迭代方法对优化目标P2进行求解，得到无人机飞行轨迹和功率分配值；

步骤S2具体包括：

S21：将优化目标离散化，得到离散化后的优化目标P2’；

S22：将离散化后的优化目标P2’分解为给定轨迹优化功率分配子问题P2.1-1和给定功率分配优化轨迹子问题P2.1-2；

S23：交替迭代求解给定轨迹优化功率分配子问题P2.1-1和给定功率分配优化轨迹子问题P2.1-2，得到无人机飞行轨迹和功率分配值；

在步骤S21中，离散化后的优化目标为P2’：

其中，ρ_k[n]为离散化后的传输模式，p_k[n]为离散化后的下行链路传输功率，R代表K个地面基站的最小吞吐量，q[n]为离散化后的轨迹，v[n]为离散化后的无人机速度，δ_t为每个时隙的时间，η为射频链路效率，P₀和P_i分别代表在悬停状态下的叶片型面动力和诱导动力的两个常量，U_tip为转子叶片的叶顶速度，d₀和s分别代表着机身阻力比和转子坚固度；ρ和A分别表示空气密度和旋翼转子盘区面积；D为初始激光束的大小；Δθ为传输的角度；C＝ωAχ，ω∈(0，1)是激光能量获取的效率，A是接收望远镜或采集透镜的面积；χ是传输接收的光学效率；α是介质的衰减系数；为激光发射器的发射功率；

在步骤S22中，给定轨迹优化功率分配子问题为P2.1-1：

其中，将每个时隙时间δ_t再划分为K个子时隙，则为无人机在第n个时隙与第k个地面基站的通信时间；K个地面基站在在任意一个时隙内共享时间δ_t，因此有P_f为无人机在整个时间范围T内的向前飞行动力能耗；P_h为无人机在T时间段从所有激光发射器上获取的总能量；

给定功率分配优化轨迹子问题为P2.1-2：

Δn≤δ_tV_max，

τ_n≥0；

其中，τ_n和均为松弛变量；R_lb(q[n])为最小吞吐量的下界，P_d为无人机在T时间内的下行链路通信的总能耗；Δn为无人机在时隙n内飞行的路程距离；τ_in和为给定初始值的松弛变量，v₀为悬停时的平均转子诱导速度；为激光发射器m的水平位置坐标；是关于的凸函数；代表着函数对求其导数的值；q_i[n]是第i次迭代得到的对应的q[n]的值；

2.根据权利要求1所述的一种多基站多激光发射器的激光供能无人机无线通信方法，其特征在于，步骤S23具体包括：

S1：初始化无人机轨迹；

S2：根据无人机轨迹和P2.1-1得到无人机功率分配值，从而得到下行链路传输功率；

S3：根据下行链路传输功率、预先设定的连续凸规划初始值以及P2.1-2求解无人机轨迹及松弛变量，并将无人机轨迹及松弛变量作为新的连续凸规划初始值，循环执行S3，直至收敛或达到最大迭代次数。