[发明专利]面向无线中继的无人机航迹和信号发射功率联合优化方法

权利要求书

1.一种面向无线中继的无人机航迹和信号发射功率联合优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)基于源节点、目的节点和无人机的地理位置，建立无线信道模型，所述无线信道模型为：源节点和目的节点与无人机之间都为空对地信道，且通信链路由LoS链路占决定性影响，将无人机的总飞行时间T划分为N个时隙，在第n个时隙，无人机接收信号的速率为：

其中p_s[n]为源节点在第n个时隙的信号发射功率；h_su[n]为在第n个时隙的源节点与无人机之间的信道增益；σ²为无人机处噪声的方差；H为无人机飞行的高度；S为源节点的水平坐标位置；q[n]为无人机在第n个时隙的水平坐标位置；而β₀为一个常量，是用户到无人机距离为1米时的信道增益；

在第n个时隙，目的节点接收速率为：

其中p_u[n]为无人机在第n个时隙的发射信号功率；h_ud[n]为在第n个时隙的无人机与目的节点之间的信道增益；D为目的节点的水平坐标位置；

(2)根据无人机的速度、加速度约束，链路传输速率约束，信号发射功率约束，和信息因果约束建立优化问题，约束条件包括：

无人机飞行时速度满足||v[n]||≤V_max v[n]为无人机第n个时隙时的速度，V_max表示它的最大可达速度；加速度满足||a[n]||≤a_max，a[n]为无人机第n个时隙时的加速度，a_max表示它的最大加速度；

目的节点所需传输速率满足η为目的节点的门限速率；

无人机信号总发射功率其中p_u[n]为第n个时隙时无人机的信号发射功率，满足条件0≤p_u[n]≤p_umax,n＝1,...,N，p_umax为无人机最大发射功率；p_s[n]为第n个时隙时源节点的信号发射功率，满足条件0≤p_s[n]≤p_smax,n＝1,...,N，p_smax为源节点最大发射功率；

无人机在第一时隙接收到源节点的发送信号，并在第二时隙将其转发给目的节点，根据信息因果约束：其中，R_su[i]为第i个时隙无人机的信号接收速率，R_ud[i]为第i个时隙目的节点的信号接收速率；

所建立的优化问题为：

p1:

P_e为无人机推动功率，其中c₁与c₂是常量，g是重力加速度；

(3)对步骤(2)中建立的非凸优化问题进行求解，得到无人机的航迹规划和信号发射功率分配方案。

2.根据权利要求1所述的面向无线中继的无人机航迹和信号发射功率联合优化方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：

3a)、给定航迹、信号发射功率和飞行状态的初始值，飞行状态包括无人机速度以及加速度；

3b)、针对步骤(2)的非凸优化问题建立相应的凸优化问题，更新航迹、发射功率和飞行状态，并将其作为新的初始值；

3c)、迭代执行步骤3b)，直到算法收敛，将输出值作为航迹规划和信号发射功率分配方案。

3.根据权利要求2所述的面向无线中继的无人机航迹和信号发射功率联合优化方法，其特征在于，所述步骤3b)使用连续凸近似方法将非凸优化问题转化为凸优化问题后进行求解。