[发明专利]一种基于平均场型博弈的多类型无人机移动基站部署方法

权利要求书

1.一种基于平均场型博弈的多类型无人机移动基站部署方法，其特征在于，对于多性能无人机作为空中移动基站的对地通信系统，充分考虑不同类型无人机移动基站的部署策略对整个系统状态演进的影响，建立平均场型博弈系统模型，通过数值解法得到多无人机移动基站的最优部署方案；

其中，多个无人机移动基站的性能差异性体现在飞行速度以及服务半径两个方面，将这些不同参数引入平均场项中来描述与其他无人机移动基站的相互作用的状态方程以及成本函数；

具体按照以下步骤实施：

步骤1、构建系统模型：

多个无人机移动基站和多个地面用户构成无人机空对地通信系统，各个无人机移动基站的服务半径以及飞行速度均不同，在服务区域内大量用户随机分布，每个无人机移动基站服务指定区域内的地面用户；

步骤2、建立整个无人机空对地通信系统状态方程：

用无人机移动基站的位置信息x_i(t)表示无人机移动基站i当前时刻的状态信息，另外无人机移动基站的动态状态方程描述无人机移动基站在时间t的位置变化趋势；

所述步骤2中状态方程建立过程如下：

在一个有限时间段t∈(0,T],T＞0内，由于无人机移动基站的状态受当前状态以及各个无人机移动基站的策略影响，引入平均场项来表征单个代理的策略对整个系统的影响，那么系统的状态方程为：

其中x(t)表示系统的状态包含所有无人机移动基站的位置信息，常数a表示环境对当前状态的影响因子；u_i(t)表示无人机移动基站i的飞行策略，b_i表示无人机移动基站i在策略u_i(t)下的飞行速度；E[x(t)]表示由所有无人机移动基站在策略下的平均状态信息，E[u(t)]表示在时刻t时所有无人机移动基站飞行平均策略信息，表示所有无人机移动基站所处环境对当前状态的平均影响因子，表示所有无人机移动基站的平均飞行速度；B(t)表示随机布朗过程，表示无人机移动基站状态的一个随机波动项，σ作为衡量布朗过程的参量；

步骤3、建立成本函数：

多个无人机移动基站在飞行博弈的过程中，根据无人机移动基站的飞行推进成本以及通信成本构造相应的成本函数，考虑无人机移动基站的飞行策略对平均场项产生不可忽略的影响以及每个无人机移动基站性能的可分辨性，将平均场项引入成本函数，制定出最小化成本函数的优化问题；

所述步骤3中成本函数的建立过程如下：

无人机移动基站的成本函数包括飞行成本以及通信成本，在时刻t，无人机移动基站的运行成本可以构建为：

其中q_i表示无人机移动基站i在通信网络状态x(t)下的相对静止下的能耗成本系数，q_i是一个取决于无人机移动基站自身结构的常数，与可以服务的用户数量以及服务范围有关；r_i表示无人机移动基站i在移动时的能耗成本函数，r_i是取决于无人机移动基站飞行速度的常数；Γ_i表示无人机移动基站i在对地进行通信时的信噪比常数；

在最终时间t＝T时，无人机移动基站i的终端成本函数为只取决于通信网络在有限时间范围内形成的最后的网络状态x(T)以及状态平均场项

在时间(0,T)内，无人机移动基站的成本函数可以表示为：

步骤4、利用平方补全方法求解该平均场型博弈优化问题，得到多个无人机移动基站的最优部署方案表示为：

其中，为系统成本函数的最小期望值，即为无人机移动基站i的最优飞行控制策略，α_i,β_i,γ_i,δ_i为求解过程中所假设的二次函数的常数系数参量；二次函数为：

即最优控制问题被制定为在同时考虑无人机移动基站通信能耗和飞行能耗情况下，最小化平均成本函数的问题。