[发明专利]无人机中继广播通信系统航迹优化方法

说明书

一种无人机中继广播通信系统航迹优化方法。其包括建立无人机中继广播通信系统；建立三维直角坐标系；固定基站节点发射信号给无人机中继节点；无人机中继节点将信号广播至用户节点；用户节点接收广播信号；确定所有用户节点的中断概率；确定中断概率最大的用户节点的中断概率；建立基于最大‑最小化准则的无人机航迹优化模型，寻找到最佳航向角等步骤。本发明效果：本方法考虑了无人机至基站链路对系统性能的影响，具有更好的完整性。与无人机中继广播通信系统无人机位置优化方法相比，本发明利用固定翼无人机作为中继通信平台，中继无人机可随环境的变化动态调整无人机的位置，本发明具有更好的自适应性，应用范围更加广泛。

技术领域

本发明属于无人机中继广播通信技术领域，特别是一种无人机中继广播通信系统航迹优化方法。

背景技术

近年来，随着无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)制造成本的降低及航电设备的小型化，无人机在军用与民用领域获得了广泛的应用，典型应用包括：战场侦察、中继通信、环境监视、地质测量及应急救援等。中继通信是无人机应用的一个重要领域，与传统的固定中继通信相比，无人机中继通信具有通信距离远、部署方便、中继位置灵活可控、系统构建迅捷、维护成本低廉等诸多方面的优点，因此无人机中继通信在军用与民用领域获得广泛的关注。与此同时，基于无人机的中继通信也带来了一系列新的技术问题，例如无人机中继通信航迹优化问题，无人机中继功率分配问题，无人机中继网络的连通性问题等。

在无人机中继通信航迹优化方面，相关研究如下：

针对点对点无人机中继通信系统的航迹优化问题，一些文献提出基于发射与接收波束成形的无人机中继传输方法，并基于信噪比最大化准则给出中继无人机航迹优化方法，然而该方法要求接入节点发射机与基站接收机均需精确知晓信道的衰落信息，实际应用中发射机难以获取信道的衰落信息。

针对无人机中继多用户接入系统的航迹优化问题，一些文献基于各态历经归一化传输速率最大化准则给出了无人机航迹优化方法。针对同样问题，一些文献基于平均和速率最大化准则及用户最小速率最大化准则提出两种无人机航迹优化方法。在优化无人机航迹时，一些文献仅考虑无人机至用户节点单跳链路，没有考虑基站至无人机链路对整体系统性能的影响。

为解决旋翼无人机中继广播通信系统性能优化问题，一些文献基于中断概率最小化准则提出了无人机的最佳位置及功率分配方法。然而该研究结果需要进一步推广到固定翼无人机中继通信系统。

在无人机中继通信航迹优化技术中，点对点无人机中继通信系统的航迹优化方法研究对象为点对点无人机中继系统，无人机中继多用户接入系统的航迹优化方法研究对象为多址接入无人机中继系统。

旋翼无人机中继广播通信系统性能优化方法的基本思想为：为了实现基站节点到用户节点之间的通信，需要经过无人机进行中继，系统通过将旋翼无人机悬停在最优中继位置来实现数据快速高质量传输，然而该方法主要存在两方面的问题：旋翼无人机作为中继平台，功耗较高，续航时间短，另一方面，实际应用环境复杂多变，该方法将旋翼无人机悬停在固定中继位置，不具有自适应环境变化的能力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种无人机中继广播通信系统航迹优化方法。

为了达到上述目的，本发明提供的无人机中继广播通信系统航迹优化方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)建立无人机中继广播通信系统；

2)建立上述无人机中继广播通信系统的三维直角坐标系；

3)在信号传输的第一个时隙内，固定基站节点以某一功率ρ_B发射信号给无人机中继节点,无人机中继节点接收来自固定基站节点的信号；

4)在第二个时隙内，无人机中继节点以功率ρ_U采用放大转发方式将接收到的信号广播至用户节点；