[发明专利]一种差分编码的无人机中继通信系统航迹优化方法

说明书

本发明公开了一种差分编码的无人机中继通信系统航迹优化方法，属于无人机通信技术领域，本发明首先构建差分编码无人机中继通信系统模型，然后根据所提出的无人机距离约束方法变换系统模型中的各节点坐标，最后基于平均输出信噪比最大化准则优化无人机航向角得到最优航迹，采用本发明方法可有效提高点对点无人机中继通信系统链路传输的可靠性，降低系统信道估计需求。

技术领域

本发明属于无人机通信技术领域，具体涉及一种差分编码的无人机中继通信系统航迹优化方法。

背景技术

无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)中继通信系统是以无人机为中继节点的远距离无线通信系统。与传统的中继通信系统相比，无人机中继通信具有维护成本低廉、部署灵活、中继位置可控、构建迅捷等多方面的优势，因此在军用与民用通信领域获得广泛应用。由于中继节点部署在高速飞行的无人机中，因此无人机中继通信也存在一系列特殊的问题。其中一个重要问题是中继无人机的航迹优化问题。中继无人机的航迹优化问题可表述为：在中继无人机飞行过程中，如何寻找一条最优的飞行路径，以保障无人机中继通信链路传输可靠性。由于中继无人机的飞行路径对无人机中继通信系统链路传输可靠性有决定性影响，因此开展无人机中继通信航迹优化的研究具有重要的意义。

针对无人机中继通信航迹优化问题，以通信性能改善、保密性能改善、能量效率提升等为目的，国内外开展了大量研究。点对点无人机中继通信传输方案主要包括：单发单收传输方案、波束成形传输方案、空时分组编码传输方案和协作空时分组编码传输方案，以下分别叙述这些技术的缺陷与不足。

单发单收传输方案的基本思想：该系统由三个节点构成，分别为源节点、中继无人机节点和目的节点，且各节点均安装一根天线，源节点与目的节点之间不存在直接链路。通信过程中，源节点首先将信号发送到无人机节点，然后无人机将接收信号经过放大转发到目的节点。该方案的缺陷在于：系统性能受信道衰落影响较大，链路可靠性较差。

波束成形传输方案的基本思想：该系统由三个节点构成，分别为源节点、中继无人机节点和目的节点，其中源节点与目的节点安装多天线，无人机节点安装单天线，源节点与目的节点之间不存在直接链路。通信过程中，源节点首先将信号进行波束成形后发送到无人机节点，然后无人机将接收信号经过放大转发到目的节点，最后目的节点对接收到的信号进行波束成形处理。该方案的缺陷在于：源节点发射机与目的节点接收机均需要通过信道估计获取精确的信道衰落信息，而信道估计会占用较多的系统开销，且不能确保精确度，因此难以实际应用。

空时分组编码传输方案的基本思想：该系统由三个节点构成，分别为源节点、中继无人机节点和目的节点，其中源节点与目的节点安装双天线，无人机节点安装单天线，源节点与目的节点之间不存在直接链路。通信过程中，源节点首先在两个连续时隙以空时分组编码的方式通过两个发射天线发射信号，然后无人机将接收信号经过放大转发到目的节点，最后目的节点对接收到的信号进行相关合并处理。该方案的缺陷在于：地面天线与无人机之间的信道距离较近导致相关性较强，难以确保空间分集增益。

协作空时分组编码传输方案的基本思想：该系统由四个节点构成，分别为源节点、两个中继无人机节点和目的节点，各节点均安装单天线，源节点与目的节点之间不存在直接链路。通信过程中，源节点首先在两个连续时隙发射两个信号，然后无人机将两个接收信号解码后以空时分组编码方式转发到目的节点，最后目的节点对接收到的信号进行相关合并处理。该方案的缺陷在于：系统需要信道估计以获取信道衰落信息，且无人机使用解码转发，导致系统结构复杂。此外，无人机距离约束方法使用禁飞区约束方式，灵活性不足，对移动的源节点跟踪能力不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种差分编码的无人机中继通信系统航迹优化方法，可以提高无人机中继通信系统链路传输可靠性，从而降低系统信道估计开销，同时确保无人机飞行安全。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种差分编码的无人机中继通信系统航迹优化方法，包括以下步骤：