[发明专利]一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法

摘要

本发明公开了一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法，针对无人机通信领域中无人机中继航迹优化问题，在未知地面节点位置的情况下，利用接收信号强度对位置未知并且处于移动状态的各个地面终端节点进行大致定位，在此基础上，计算最优航向角并实现无人机航向角的快速调整，以航迹最小化为准则实现无人机中继航迹优化。该发明使得无人机能够更加直接的进行航迹规划，在搜寻路径更短的情况下完成通信任务；由于搜寻路径更短，无人机能耗大幅降低，达到了无人机能耗优化的目标。该发明适用于地面节点不停移动变化的场景，算法中每个符号周期都会对全局最差通信节点位置进行更新，不依赖于上一次计算的节点位置，拥有良好的环境适应性。

主权项

1.一种基于接收信号强度的无人机中继航迹优化方法，其特征在于，所述的无人机中继航迹优化方法包括下列步骤：S1、无人机中继自基站处起飞，起飞时的垂直航向角为最大飞行仰角，水平航向角为u₀，其中u₀为在[0,2π]上服从均匀分布的随机变量，到达距地面高度为h的空中后，无人机中继在飞行过程中保持高度不变水平飞行，飞行速度为固定值v；S2、地面的n个终端节点向无人机中继周期性地发送预定义信号，第i个终端节点记为N_i，N_i在第t个符号周期发送的预定义信号为X_i,t，其中，i＝1,…,n，t的初始值为1，考虑地面终端节点慢速移动的情形，地面终端节点的移动速度为V_N，其中假设在连续两个符号周期内，地面终端节点的位置保持不变，即(x_i,t,y_i,t)＝(x_i,t+1,y_i,t+1)，其中(x_i,t,y_i,t)是N_i在符号周期t的实时水平坐标；S3、无人机中继获取来自各终端节点预定义信号的接收信号强度，其中，无人机中继在符号周期t接收到的来自X_i,t的接收信号的强度记为S_i,t，令S_min,t＝min{S_1,t,…,S_n,t}为所述的接收信号强度的最小值，S_min,t所对应的终端节点记作N_min,t，无人机中继在符号周期t的实时水平航向角记为u_t；S4、无人机中继在符号周期t+1跟踪终端节点N_min,t发送的预定义信号，此时水平航向角u_t+1＝u_t，获取的接收信号强度为S_min,t+1；S5、无人机中继根据所述的S_min,t与S_min,t+1，利用接收信号强度计算公式S_i,t＝P_i+10log₁₀G‑10αlog₁₀d_i,t+w₁+w₂，分别计算得到无人机中继与终端节点N_min,t在符号周期t与符号周期t+1的实时距离d_min,t与d_min,t+1，其中，P_i是X_i,t的功率，G是无人机中继的天线增益，α是路径衰落因子，w₁是代表阴影衰落的随机变量，w₂是反映多径衰落影响的随机变量，d_i,t是在符号周期t内，无人机中继与终端节点N_i之间的实时距离；S6、根据所述的d_min,t与d_min,t+1，利用距离计算公式计算得到(x_min,t,y_min,t)的两组可能取值其中，(x_t,y_t)与(x_min,t,y_min,t)分别是无人机中继与终端节点N_min,t在符号周期t的实时水平坐标；S7、选取作为N_mint,在符号周期t的实时水平坐标，即S8、将无人机中继与终端节点N_min,t的水平坐标(x_t+1,y_t+1)与(x_min,t,y_min,t)代入航向角计算公式中，求得无人机中继在符号周期t+2的最优水平航向角u_t+2,opt；S9、根据所述的最优水平航向角u_t+2,opt，利用航向角调整公式计算得到无人机中继在符号周期t+2的水平航向角u_t+2，其中，u_t是无人机中继在符号周期t的实时水平航向角，u_max是无人机航向角的最大变化范围；S10、无人机中继在符号周期t+2跟踪N_min,t发送的预定义信号，获取的接收信号强度为S_min,t+2；S11、比较所述的S_min,t+2与S_min,t+1的大小，若S_min,t+2≥S_min,t+1，执行步骤S12；否则令返回步骤S8；S12、若S_min,t+2≥S_th，S_th是接收信号强度阈值，说明此时无人机已经接近最优通信位置，执行步骤S13；否则，令t＝t+3，返回步骤S3；S13、无人机开始盘旋飞行，直至完成通信任务。