[发明专利]一种低传输能耗的无人机数据传输方法

摘要

本发明公开了一种低传输能耗的无人机数据传输方法，步骤S1：根据无人机自身参数和任务以及环境的实际情况建立数学模型；步骤S2：利用离散化和线性化技术处理模型；步骤S3：利用基于CCCP(concave‑convex procedure)思想的迭代方法得到最终结果。与现有技术相比较，本发明首先利用无人机自身参数和任务要求以及环境实际情况建立数学优化模型，然后对该数学模型进行离散化和线性化近似处理，最后提出了基于CCCP思想的迭代算法求解该优化问题，最终给出了无人机在完成任务期间的飞行轨迹以及对多个地面终端的传输功率分配和任务分配系数，降低了无人机对地面终端的传输能量消耗。

主权项

1.一种低传输能耗的无人机数据传输方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据无人机自身参数和任务以及环境的实际情况建立数学模型；步骤S2：利用离散化和线性化技术处理模型；步骤S3：利用基于CCCP(concave‑convex procedure)思想的迭代方法得到最终结果；其中，步骤S1进一步包括如下步骤(1)至(2)：步骤(1)：记无人机在飞行过程中的路径记为其中T代表无人机执行任务的总时间，地面接收端的位置记为则无人机在T时刻内对第k个地面接收端传输的数据总量为：其中β₀代表在参考距离d₀＝1m时的信道能量，P_max代表无人机的最大传输功率，常量H代表无人机的飞行高度，W代表信道带宽，是第k个地面接收端接收数据时的高斯白噪声功率，β_k(t)记为时变功率分配系数，即β_k(t)P_max代表无人机在t时刻对第k个地面接收端传输数据时的传输功率；步骤(2)：无人机获取自身实际参数以及任务要求建立优化问题：q(0)＝q0,q(T)＝qF    (1e)其中L代表需要传输的数据总量，α_k代表数据分配系数，即α_kL代表无人机需要传输给第k个地面接收端的数据量，记为q(t)关于变量t的一阶微分，即代表无人机的速度矢量，V_max代表无人机的最大飞行速度，q₀、q_F分别代表无人机飞行的初始点和终点；步骤S2进一步包括如下步骤(3)至(5)：步骤(3)：对优化问题(1)进行离散化处理，把时间范围T离散化为N+2份相等的时间间隔δt，即t＝nδt,n＝0,1,…N+1，进一步地得到优化问题：||q[n+1]‑q[n]||2≤Vmaxδt,n＝0,1…,N   (2c)q[0]＝q0,q[T]＝qF     (2e)步骤(4)：把式(2d)带入到式(2a)中并利用对数运算法则，可得：进一步对式(3)引入冗余变量并拆写不等式，可得：步骤(5)：对步骤(4)中得到的式(3a)和(3b)进行线性化，即泰勒一阶展开，并整理上述步骤结果，最终可得到优化问题：||q[n+1]‑q[n]||2≤Vmaxδt,n＝0,1…,N     (4b)q[0]＝q0,q[T]＝qF     (4e)其中：j代表下述步骤(6)中的当前迭代次数；步骤S3进一步包括如下步骤(6)至(9)：步骤(6)：初始化初始解和最大迭代次数J_max以及当前迭代次数j；步骤(7)：利用内点法，通过人为验证的任意可行初始解得到优化问题(4)的最优解，并记为步骤(8)：更新初始解和迭代次数，即j＝j+1。如果j≤J_max，则继续执行步骤(7)，否则结束迭代并执行步骤(9)；步骤(9)：输出最终结果β_k[n]，n＝0,1…N+1,