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申请/专利权人：重庆邮电大学

摘要：本发明公开了一种基于概率视距链路的无人机三维轨迹优化方法，首先构建符合场景的优化问题，然后基于BCD方法将原优化问题解耦成关于用户调度系数，无人机传输功率，无人机水平飞机轨迹以及无人机垂直飞行轨迹的子问题，针对变量解耦合的非凸子问题通过引入松弛变量以及对非凸约束进行凸近似拟合的方法，将非凸子问题转化为凸问题，最后采用迭代算法求解。相比于考虑较为理想的视距链路，本发明所提出的方案更加精确，相比于固定传输功率设计或是单纯考虑对方案进行部分优化设计，本发明提出关于联合优化用户调度系数，无人机传输功率和三维飞行轨迹的方案在确保每个用户公平性调度的前提下，具有更高的系统平均可达速率。

主权项：1.一种基于概率视距链路的无人机三维轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1构建通信系统模型：设置无人机B作为认知网络的空中基站按照一定的初始轨迹飞行，考虑的信道模型是PLoS模型，能量受限的无人机B服务于地面存在的R个认知用户Ur,r＝1,…,R，同时满足对主要用户D的干扰门限；2以系统平均可达速率最大化为目标，构造以无人机传输功率，无人机对认知用户的调度系数，无人机水平飞行轨迹以及无人机垂直飞行轨迹为约束的优化数学模型；所述优化数学模型为： s.t.C1:C2:C3:C4:zB[N]＝zB[1],C5:C6:C7:C8:C9:C10:C11:目标函数定义了系统平均速率的下界，表达式如下： 上式中A表示关于调度系数，P表示无人机发送功率，Q表示无人机水平飞行轨迹，H表示无人机垂直飞行轨迹，Θ表示无人机飞行时与地面用户的仰角，N表示时隙个数，n表示第n个时隙，αr[n]表示二进制变量，PB[n]表示无人机B的传输功率，Phor[n]表示在第n个时隙中无人机B的水平能耗，Pver[n]表示在第n个时隙中无人机B在垂直方向上的能耗，zB[n+1]、zB[n]分别表示无人机在第n+1、n个时隙的垂直位置，qB[n+1]、qB[n]分别表示无人机在第n+1、n个时隙的水平位置，vxy[n]表示在第n个时隙中无人机的水平速度，vz[n]表示在第n个时隙中无人机的垂直飞行速度，分别代表第n个时隙无人机B与地面主要用户D之间产生LoS以及NLoS链路的概率，dBD[n]表示无人机B主要用户D在n个时隙时的距离,αL和αN是LoS和NLoS情形下的路径损耗指数，同时ρ0表示在LoS环境中具有单位参考距离的信道功率增益，σ2表示加性高斯白噪声的方差，μ表示NLoS环境的附加信号衰减因子，θBD[n]分别表示无人机和认知用户、主用户之间的仰角，wD分别表示Ur和D的水平位置，Vmax和分别表示最大水平速度和垂直速度，amax和分别表示最大水平加速度和垂直加速度，和分别表示无人机B飞行过程中最大的瞬时功率和平均功率,和分别表示无人机飞行过程中水平和垂直方向的平均推进功率，Hmax和Hmin代表了无人机的飞行最大高度和最低高度，zB[1]表示无人机B初始时刻的水平方向和垂直方向上的飞行位置，zB[N]表示无人机B在最终时刻的水平方向和垂直方向上的飞行位置，δt定义了无人机每个飞行时隙的长度，Γ表示无人机对主要用户D处的峰值干扰功率阈值；3对于构造的优化数学模型，基于BCD方法进行解耦合操作，得到关于调度系数，无人机发送功率，无人机水平飞行轨迹以及无人机垂直飞行轨迹的四个子问题，针对每个非凸的子问题，采用凸近似的拟合方式转换为凸问题求解；4利用迭代算法求解最优的用户调度系数、无人机发送功率以及无人机三维飞行轨迹。

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百度查询： 重庆邮电大学 一种基于概率视距链路的无人机三维轨迹优化方法