[发明专利]一种飞行速度和轨迹的联合优化方法及系统

说明书

本发明公开一种飞行速度和轨迹的联合优化方法及系统，方法包括：确定无人机在模式1下的最优飞行圈数、最优飞行半径和最优飞行速度、无人机在模式1计算接收到的信息比特数和差值；判断差值是否大于精度；如果是，则令无人机在模式1计算接收到的信息比特数等于无人机在模式1接收到的信息比特数，重新确定无人机在模式1下最优飞行半径和最优飞行速度；否则确定无人机在模式1下的最优飞行时长，无人机飞行在模式3下的最优飞行时长，无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长；根据最优飞行参数控制无人机飞行。本发明根据源节点待传输信息比特数和源节点与目的地节点之间的距离，对无人机中继节点的飞行速度和飞行轨迹进行联合调整。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，特别是涉及一种飞行速度和轨迹的联合优化方法及系统。

背景技术

近年来，无人机协作通信技术成为了无线通信领域研究的热点。相比于传统的地面通信，无人机协作通信易于实现按需分配，从而具有更高的成本效益；无人机具有高度的移动性，因而部署起来更加灵活快捷；无人机与地面终端的信道链路多为视距链路，能提供更好的信道环境。因此，无人机将在未来的无线通信领域中发挥极为重要的作用，其应用主要包括：(1)作为临时基站；(2)作为移动中继；(3)用于物联网。

目前，大量文献研究了无人机作为移动中继时的无人机中继协作通信系统的信息容量和频谱效率的优化问题。与此同时，无人机具有有限的机载能量，因此节能问题被认为是无人机通信的一个重要研究方向。大量文献考虑了无人机在直线轨迹或圆形轨迹下，无人机中继协作通信系统的能效问题。然而，当无人机飞行在直线轨迹时，通信系统将存在信息吞吐量的上限，这意味着直线轨迹不适用于大量数据传输的情况；当无人机飞行在圆形轨迹时，若源节点与目的地节点之间距离较远，则系统的信息吞吐量将会很差。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种飞行速度和轨迹的联合优化方法及系统，以实现对无人机中继节点的飞行速度和飞行轨迹进行联合调整，实现无人机总飞行能耗的最小化。

为实现上述目的，本发明提供了一种飞行速度和轨迹的联合优化方法，所述方法包括：

步骤S1：初始化，令无人机在模式1下接收到的信息比特数等于待发送信息的比特数，给定精度；

步骤S2：确定无人机在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度；

步骤S3：确定无人机在模式1下的最优飞行圈数；

步骤S4：采用一维搜索算法，根据无人机在模式1下接收到的信息比特数和最优飞行圈数确定无人机在模式1下的最优飞行半径和最优飞行速度；

步骤S5：确定无人机在模式1计算接收到的信息比特数；

步骤S6：计算无人机在模式1计算接收到的信息比特数与无人机在模式1接收到的信息比特数之间的差值；

步骤S7：判断所述差值是否大于精度；如果所述差值大于精度，则令无人机在模式1接收到的信息比特数等于无人机在模式1计算接收到的信息比特数，跳转到步骤S4；如果所述差值小于或等于精度，则执行步骤S8；

步骤S8：确定无人机在模式1下的最优飞行时长，无人机飞行在模式3下的最优飞行时长，无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长；输出最优飞行参数，以使根据所述最优飞行参数控制无人机飞行；所述最优飞行参数包括：无人机在模式1下的最优飞行半径、最优飞行速度、最优飞行时长和最优飞行圈数，无人机飞行在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度和最优飞行时长，无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长。

可选地，方法还包括：

根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗。

可选地，根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗，具体公式为：