[发明专利]一种基于无线通信的无人机轨迹优化方法

权利要求书

1.一种基于无线通信的无人机轨迹优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：建立无人机轨迹优化系统模型；

S2：根据系统模型确定无人机轨迹优化问题P(1)；

S3：对无人机用户调度和轨迹进行优化，即给定初始化轨迹S，将问题P(1)转化为线性问题P(2)；给定用户调度B将问题P(1)转化为凸问题P(3)；

S4：设无人机飞行轨迹为S、用户调度为B、对应的目标函数为R、l为迭代次数；第l次迭代时无人机飞行轨迹、用户调度、对应的目标函数分别为S_l、B_l、R_l；

初始化，初始轨迹S₀，用户调度B₀，目标函数为R₀，迭代次数l＝0，误差阈值为e＝10^-3；

S5：将{S_l}代入问题(P2)得到最优解为{B_l+1}；

S6：将{S_l}，{R_l+1}代入问题(P3)，解得最优解为{S_l+1}，目标函数为{R_l+1}；

S7：令l＝l+1；

S8：若|R_l-R_l-₁|≤e，可得到无人机最优飞行轨迹{S_l+1}和最优的用户调度{B_l+1}，否则返回S2。

2.根据权利要求1所述的基于无线通信的无人机轨迹优化方法，其特征在于，S1具体为：

设地面总共有K个用户，无人机飞行高度为H，完成任务需要时间为T，则无人机基站的水平位置为w_BH＝[x0，y0]^T，用户i的水平位置为w_i＝[x_i，y_i]^T，i∈K，无人机的水平坐标为q(t)，t∈T，

将T平均分成N个时隙，时隙长度为δ_t＝T/N，设在每个时隙中无人机最大飞行速度为V_max，则通信链路中无人机水平坐标转化为q(n)，n∈N，其初始轨迹设置为q₀(n)＝[x0(n)，y0(n)]^T，n∈N；

设定无人机飞行轨迹为环形轨迹，且飞行时受到最大速度的约束，可以表示为：

q[0]＝q[N](1)

其中，||·||²表示范数的平方，即距离的平方，在第n个时隙时，无人机到用户的距离公式表示为：

无人机到用户的信道功率增益为：

其中ρ₀表示为当距离d₀为1时的信道功率增益；所以，用户i在第n个时隙的瞬时接收率为：

同样的，无人机到用户的速率为：

其中，表示加性高斯白噪声，P表示最大功率，P_BH表示无人机到用户的功率；

定义一个变量b_i[n]，当b_i[n]＝1时，表示无人机与用户进行通信，否则，b_i[n]＝0，

式(7)为不连续变量，不符合凸优化条件要求，需将其转化为连续的：

则用户i在N个时隙的瞬时平均接收率为：