[发明专利]无人机基站安全能效优化方法和装置

权利要求书

1.一种无人机基站安全能效优化方法，所述方法包括：

利用莱斯分布构建无人机基站空地信道增益的第一模型，并利用瑞利分布构建无人机基站地面信道增益的第二模型；

基于所述第一模型和所述第二模型，分别确定包含发射功率的安全容量函数以及能够表征无人机轨迹的能量消耗函数；

基于所述安全容量函数和所述能量消耗函数，建立以发射功率和轨迹为约束变量的安全能效优化方程；

将所述安全能效优化方程转化为联合连续凸近似函数和/或差分凸函数的凸转换方程，并求解所述凸转换方程；

基于所述凸转换方程的求解结果，利用迭代算法得到优化后的发射功率和轨迹。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用莱斯分布构建无人机基站空地信道增益的第一模型，包括：

根据无人机基站与地面源节点之间的距离、衰减指数因子和附加衰减因子，分别得到LoS链路路径损耗增益和NLoS链路路径损耗增益；

根据无人机基站与地面源节点之间的仰角和环境常量，得到无人机基站与地面源节点之间LoS链路可用概率；

根据所述LoS链路路径损耗增益、所述NLoS链路路径损耗增益和LoS链路可用概率，得到空地信道路径损耗；

基于所述空地信道路径损耗和莱斯分布，得到空地信道增益向量的第一模型；

利用瑞利分布构建无人机基站地面信道增益的第二模型，包括：

根据地面源节点与地面窃听节点之间的传输距离和参考距离路径损耗指数，得到地面信道路径损耗；

根据所述地面信道路径损耗、瑞利衰落指数和瑞利分布，得到地面信道增益向量的第二模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定包含发射功率的安全容量函数，包括：

根据地面源节点的发射功率、无人机基站与地面源节点之间的路径损耗以及无人机发射天线到接收天线的自干扰，得到第一容量函数；

根据地面源节点的发射功率、地面源节点和地面窃听节点之间的路径损耗、无人机基站的发射功率、无人机基站和地面窃听节点之间的路径损耗，得到第二容量函数；

基于所述第一容量函数和第二容量函数的差值，得到安全容量函数；

所述无人机基站为固定翼无人机基站，则确定能够表征无人机轨迹的能量消耗函数，包括：

根据无人机的载荷，无人机的飞行速度和加速度，与无人机机翼面积、空气密度、无人机重量相关的常数参数，以及无人机动能变化，确定能量消耗函数。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，基于所述安全容量函数和所述能量消耗函数，建立以发射功率和轨迹为约束变量的安全能效优化方程，包括：

根据预设时间段内各时隙的无人机速度和加速度确定各时隙的飞行轨迹，并形成轨迹集；

基于预设时间段内各时隙的地面源节点和无人机基站的发射功率，形成功率集；

在所述轨迹集和所述功率集的约束下，以预设时间段内各时隙安全容量函数之和的最大值和各时隙能量消耗函数之和的最大值构建安全能效优化方程。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述安全能效优化方程转化为联合连续凸近似函数和/或差分凸函数的凸转换方程，并求解所述凸转换方程，包括：

通过交替迭代法将安全能效优化方程分解为功率优化方程和轨迹优化方程；

其中，通过求解预设时间段内各时隙速度与各地面源节点的有效安全容量和的乘积，形成功率优化方程；

通过求解各地面源节点有效安全容量和与各时隙能量消耗函数和的商值，形成轨迹优化方程。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述安全能效优化方程转化为联合连续凸近似函数和/或差分凸函数的凸转换方程，并求解所述凸转换方程，还包括：

对于所述功率优化方程，采用差分凸函数，通过迭代计算得到无人机各时隙的发射功率；

对于所述轨迹优化方程，采用连续凸近似函数，通过迭代计算得到无人机各时隙的轨迹。