[发明专利]一种空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法

说明书

一种空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法：建立空时分组编码的无人机中继通信系统模型，包括：t时刻在可移动式接入节点以一定的功率在两个连续时隙，以空时分组编码的方式通过两个发射天线发射信号；无人机在第一个时隙和第二个时隙接收到来自可移动式接入节点的信号，以一定的功率转发接收到的信号；基站节点在第三和第四个时隙接收到无人机发射的信号，基站节点的接收机对接收到的信号进行相关合并处理；建立无人机中继通信系统的航迹规划模型，包括：求t时刻无人机中继通信系统的遍历容量；分别求可移动式接入节点至无人机的距离和无人机至基站节点的距离；建立无人机中继通信系统的航迹规划模型。本发明有效提高点对点无人机中继通信链路传输的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种无人机中继通信航迹规划方法。特别是涉及一种空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法。

背景技术

无人机中继通信是实现远距离点对点无线通信的一种重要技术手段。相对于固定中继通信，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优点，因此无人机中继通信在军用与民用领域获得广泛的应用[1-2]。与此同时，由于无人机的高速机动性以及无人机能量受限等特性，同时为了保障无人机中继通信系统的连通性和可靠性，不可避免的出现无人机航迹规划问题。

围绕着中继通信无人机的航迹规划问题，相关研究如下：针对多用户接入的无人机中继通信系统的性能优化问题，文献[3]基于各态历经归一化传输速率最大化的准则给出了无人机航迹规划方法，然而在优化无人机航迹时仅考虑了用户节点～无人机的单跳链路，没有考虑无人机～基站链路对整体系统性能的影响。同样针对多用户接入的无人机中继通信最优化问题，文献[4]基于平均和速率最大化的准则及用户最小速率最大化的准则提出两种无人机航迹规划方法，然而该文章也仅考虑了用户节点～无人机单跳链路，没有考虑无人机～基站链路对性能的影响。针对无人机中继广播通信系统的航迹规划问题，文献[5]基于最小各态历经链路容量最大化的准则提出了一种低复杂度的无人机航迹规划方法，该方法主要特点是无需精确知晓各个用户的位置信息。针对点对点无人机中继通信的航迹规划问题，文献[6]提出基于发射波束成型与接收波束成型的无人机中继传输方法，并基于信噪比最大化的准则给出无人机航迹规划方法，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，因此该方法应用于实际系统非常困难。

点对点无人机中继通信传输方案主要包括：单发单收传输方案和波束成形传输方案，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：单发单收无人机中继通信系统由配置一根天线的源节点，一架安装1根天线的中继无人机和一个安装一根天线的目的结点组成，并且源节点与目的结点之间不存在LOS。信号在整个中继传输过程中分为两个时隙，在第1个时隙，源节点将发送的信号发送到无人机；在第2个时隙，中继无人机首先对接收到的信号乘以一个固定增益的放大因子，随后以一定的功率将信号转发至目的结点。在实际应用中该方法存在以下缺陷：信道容量较小，中断概率较大，可靠性较差。

波束成形传输方案的基本思想：基于波束成形传输方案的无人机中继通信系统由一个安装多根天线的源节点，一架安装一根天线的无人机和一个安装多根天线的目的结点组成，并且源节点与目的结点之间不存在直达通信链路。为了实现源节点与目的结点之间的通信，必须通过无人机中继实现源节点与目的结点之间的通信。信号在整个中继传输过程中，分为两个时隙。在第1个时隙，源节点将发送的信号进行波束成形后发射出去；在第2个时隙，无人机将接收到的信号经过放大转发到目的结点，随后目的结点对接收到的信号进行波束成形处理。该方案最主要的缺陷是：源节点发射机与目的节点接收机均需精确知晓信道的衰落信息，而在实际应用中发射机难以获取信道的衰落信息，因此该方法在实际系统中应用非常困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可有效提高点对点无人机中继通信链路传输的可靠性，实现远距离点对点无线通信的空时分组编码的无人机中继通信航迹规划方法。