[发明专利]一种无人机的能量分配优化方法

说明书

本发明适用于能量平衡分配技术改进领域，提供了一种无人机的能量分配优化方法，包括：S1、将无人机、地面终端及基站搭建基本的系统模型；S2、无人机感知基站的状态，若基站忙碌，则无人机沉默，地面终端从基站的无线信号里获取能量，若基站空闲，则无人机评估系统状态并执行下一步；S3、无人机根据估计收益对每种行为计算其对应的发射功率；S4、根据获取的每种行为的发射功率通过函数式确定无人机的行为动作，该方案的时间复杂度低，但效果很接近时间复杂度高的最优策略，可方便地植入无人机系统中并获得较高的数据传输率和能量转换效率。保证时间复杂度低的同时提升了系统的数据传输率。

技术领域

本发明属于能量平衡分配技术改进领域，尤其涉及一种无人机的能量分配优化方法。

背景技术

近年来，无人机的相关技术越来越成熟，其应用领域也在不断扩大，除了侦察和货运以外，还被应用于无线通信和无线充电领域，并发挥着越来越重要的作用。将无人机应用于无线通信和无线充电领域，除了可以更便捷地搭建系统外，还能获得直视信道，从而得到更高的信噪比和能量转化效率。

然而，使用无人机进行无线通信时存在以下问题：首先，无人机工作在ISM频段上，这是一个公共频段，很多无线设备所使用的协议(比如Wifi，BlueTooth)都工作在这个频段上，导致有些时候容易发生碰撞，使数据传输率降低；其次，无人机的电量有限，无法一直飞在空中，如何利用无人机有限的能量去最大化其工作时间内的数据传输率是一个具有挑战性的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机的能量分配优化方法，旨在解决利用无人机有限的能量最大化无人机到地面终端的下行信息传输率的问题。

本发明是这样实现的，一种无人机的能量分配优化方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将无人机、地面终端及基站搭建基本的系统模型；

S2、无人机感知基站的状态，若基站忙碌，则无人机沉默，地面终端从基站的无线信号里获取能量，若基站空闲，则无人机评估系统状态并执行下一步；

S3、无人机根据估计收益对每种行为获取其对应的发射功率；

S4、根据获取的每种行为的发射功率通过函数式确定无人机的行为动作，其函数式：

其中，S(t)＝(S_p(t)，E_r(t)，B(t)，γ_u(t))代表第t个时隙下的系统状态，它由四个变量复合而成：第t个时隙下的基站状态S_p(t)，无人机剩余电量E_r(t)，地面终端电量B(t)和无人机到地面终端的信道状态γ_u(t)，A(t)＝(a(t),P(t))代表第t个时隙下无人机的动作，它由两个变量复合而成：第t个时隙的行为a(t)和对应的发射功率P(t)，代表在系统状态为S(t)下且无人机的动作为A(t)时，系统能达到的最大数据传输率，a′(t)代表在系统状态为S(t)下无人机的最佳行为。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中在搭建基本的系统模型中基站拥有一个授权频段，基站在忙碌-空闲状态转换中服从二状态马尔科夫链，其转换概率：β_ss′＝P_r(S_p(t+1)＝s′|S_p(t)＝s)，其中，P_r代表概率，S_p(t)代表第t个时隙下的基站状态，s′代表第t个时隙的系统状态值，s代表基站第t+1个时隙的系统状态值。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中在每个时隙开始时，无人机感知基站的状态，然后向地面终端发送一个二比特指示信号，所述指示信号具有四种取值，分别‘00’表示基站空闲，无人机将向地面终端传输能量；‘01’表示基站空闲，无人机将向地面终端传输信息；‘10’表示基站空闲，无人机保持沉默；‘11’表示基站忙碌，地面终端从基站信号获取能量。