[发明专利]一种无人机多跳中继通信系统的轨迹优化与资源分配方法

说明书

本发明涉及一种无人机多跳中继通信系统的轨迹优化与资源分配方法，所述方法包括以下步骤：S1：基于无人机多跳中继通信系统对其轨迹优化与资源分配问题进行建模；S2：在给定无人机轨迹的情况下通过分配功率与带宽来计算最大化系统吞吐量；S3：在给定无人机功率以及带宽分配下，使用连续凸规划来优化轨迹；S4：采用联合优化无人机轨迹和源端/无人机的发射功率以及带宽分配交替优化算法使得系统的吞吐量达到最大化。本发明利用了多个无人机作为多跳中继辅助通信，通过联合优化多个无人机的飞行轨迹和带宽跟功率来达到系统的吞吐量最大化，可提高系统的吞吐量。

技术领域

本发明涉及无人机通信领域，更具体地，涉及一种无人机多跳中继通信系统的轨迹优化与资源分配方法。

背景技术

随着无人机通信技术的发展与成熟，无人机在无线通信领域中发挥着越来越重要的作用。由于无人机具有高灵活性，高移动性等优势，使得无人机在很多领域充分发挥了无人机独特的优势，比如：通信受限森林火灾场所，由于近距离无法观测火势情况，利用多个无人机可以准确地将火灾情况及时有效地传送给指挥中心，使受灾情况得到最充分有效的分析，从而准确高效的制定救火方案，为救灾赢得宝贵的时间。与传统的给定带宽进行无人机中继轨迹以及功率优化相比，没有充分利用带宽资源，通过联合优化多个无人机的飞行轨迹、通信带宽、传输功率使得有限的通信资源得到充分有效的使用，从而显著提高端到端的吞吐量。

近年来，无线中继技术得到了充分的关注和发展。相比于传统的通信技术，中继辅助传输的多跳通信技术可以显著扩大通信网络的覆盖范围、提高通信系统可靠性和增加系统通信容量。目前研究重点主要集中在中继的最优布置、飞行轨迹和网络性能优化等问题，对于带宽分配的研究较少，带宽作为中继通信系统的重要资源，它的分配问题将直接影响各条通信链路的性能，进而影响整个通信系统的能量效率。我们通过对无人机多跳中继通信系统的带宽分配、功率分配与轨迹进行优化，在通信资源日趋紧张的时代，使得带宽等通信资源得到更加合理有效的使用，增加了整个系统的吞吐量。

在通信资源日益紧缺的时代，如何合理有效的使用通信资源是我们需要解决的重要问题。目前已有的专利中，专利号为“201810769377.1”的名为“一种无线通信方法、装置、设备及可读存储介质”中，对无人机中继的飞行轨迹以及传输功率进行了优化，并没有对通信带宽进行优化处理。

针对这个问题，此篇专利通过联合优化多个无人机的飞行轨迹、通信带宽、传输功率来达到系统吞吐量的最大化，使得有限的带宽等通信资源得到最有效的使用。目前，随着科技的不断发展，可以使用的通信资源是越发的紧张有限。在通信资源有限的情况下，通过对带宽等通信资源进行合理有效的分配，使得通信资源得到最有效的使用。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的无人机通信系统优化没有对通信带宽进行优化处理的缺陷，提供一种无人机多跳中继通信系统的轨迹优化与资源分配方法。

所述方法包括以下步骤：

S1：基于无人机多跳中继通信系统对其轨迹优化与资源分配问题进行建模；

S2：在给定无人机轨迹的情况下通过分配功率与带宽来计算最大化系统吞吐量；

S3：在给定无人机功率以及带宽分配下，使用连续凸规划来优化轨迹；

S4：采用联合优化无人机轨迹和源端/无人机的发射功率以及带宽分配交替优化算法使得系统的吞吐量达到最大化。

优选地，S1包括以下步骤：