[发明专利]一种无人机通信质量的优化方法及系统

权利要求书

1.一种无人机通信质量的优化方法，其特征在于，包括：

步骤S1、搭建系统模型，确定无人机通信质量优化应满足的约束条件，所述约束条件包括无人机视距通信的条件，并设定视距链路概率大于预设阈值；

步骤S2、根据所述约束条件，优化无人机发射功率、用户关联和调度、无人机轨迹中的任一项或多项，从而最大化所有物联网设备的最小数据速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

假设无线通信系统中，无人机飞行在N个物联网设备之上，并向它们发送数据，假设所有物联网设备都只有一根天线，则有：

C1:a_i[t]＝{0,1} (1)

其中，C1表示第一约束条件，a_i[t]＝1表示无人机决定在第t时隙中将数据发送到第i个物联网设备，1≤i≤N，N为大于1的正整数；a_i[t]＝0表示无人机决定在第t时隙中不将数据发送到第i个物联网设备；

假设物联网设备是由无人机以时分多址的方式发送信号的，则有：

其中，C2表示第二约束条件，假设物联网设备的坐标为(x_i,y_i)，无人机在t时隙中的坐标为(x[t]；y[t]；h[t])，无人机的轨迹用位置序列q[t]＝[x[t]；y[t]；h[t]]来表征，则有：

C3:q[1]＝q[T] (3)

其中，C3表示第三约束条件，C4表示第四约束条件，T表示T时刻，无人机的整个运动时间是T，S_max＝V_max·T[t]是无人机在t时隙内行走的最大水平距离，Vmax是无人机飞行的最大速度，T[t]表示t时隙持续的时长；

第i个物联网设备与无人机之间的水平距离为：

在第t个时隙中，第i个物联网设备与无人机之间的距离为：

在实际中，h[t]有以下约束：

C5:h_min≤h[t]≤h_max (7)

其中，C5表示第五约束条件，h[t]表示无人机与物联网设备的垂直高度，h_min表示无人机与物联网设备垂直高度的最小值，h_max表示无人机与物联网设备垂直高度的最大值；

基于实际的三维信道模型，无人机和第i个物联网设备之间的空对地信道的视距链路概率建模为：

其中a和b是由环境定义的正常数，θ_i[t]是物联网设备与无人机的仰角，

指定所述空对地信道的视距链路概率大于阈值ε_LoS，则有：

C6:a_i[t]Ds_i[t]≤h[t] (9)

其中，C6表示第六约束条件，常数

对于无人机和第i个物联网设备的视距链路，将信道功率增益表示为自由空间路径损耗模型：

g_i[t]＝ρ₀(d_i[t])^-2 (10)

其中ρ₀表示参考距离1m的信道功率；

设B是从无人机到物联网设备的下行链路信道的总带宽，每个物联网设备用等带宽B＝B/N分配；p_i[t]表示作为无人机的发射功率，第i个物联网设备处的接收信噪比表示为：

其中，σ²表示高斯白噪声，对于无人机发射功率，则有：

C7:p_i[t]≤P_max (12)

如果无人机决定在t时隙将数据发送到物联网设备，则数据速率可表示为：

r_i[t]＝log₂(1+γ_i[t]) (13)

数据速率应满足服务质量QoS如下：

其中，C7表示第七约束条件，C8表示第八约束条件，η为待求变量。