[发明专利]一种固定翼无人机通信过程能量优化方法

权利要求书

1.一种固定翼无人机通信过程能量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过无人机坐标系的转换推导出无人机在高度固定与高度可变两种情况下的模型方程；公式(1)为无人机在高度可变下的模型方程，公式(2)为推导出的无人机在高度固定下的模型方程；

其中γ为爬升角，χ为偏航角，μ为滚转角，F为推力，D为阻力，n代表的是无人机的负载系数，m代表包括无人机所有载荷的总质量，而g是以m/s^2为单位表示的重力加速度；

S2：建立一个无人机通信过程中的信道方程；

S3：建立无人机发动机能耗方程；

S4：所需要的方程建立完成后，将研究的问题描述为具有连续状态不等式约束和等式约束的非线性最优控制问题；

所述步骤S4中将研究的问题描述为具有连续状态不等式约束和等式约束的非线性最优控制问题具体为：

P1

x(0)＝x₀

x(T)＝x_t

y(0)＝y₀

y(T)＝y_t

z(0)＝z₀

z(T)＝z_t

V(0)＝v₀

χ(0)＝χ₀

γ(0)＝γ₀

V_min≤V≤V_max

z≥z_min

F_min≤F≤F_max

μ_min≤μ≤μ_max

n_min≤n≤n_max

P2

x(0)＝x₀

x(T)＝x_t

y(0)＝y₀

y(T)＝y_t

V(0)＝v₀

χ(0)＝χ₀

V_min≤V≤V_max

F_min≤F≤F_max

μ_min≤μ≤μ_max

P1为高度可变下的问题描述，P2为高度不变下的问题描述，其中x₀，y₀和z₀是无人机的初始位置，x_t，y_t和z_t是无人机的端点，v₀，χ₀和γ₀分别是无人机的初始速度，初始航向角和初始俯仰角；σ是无人机在飞行任务中必须满足的最小吞吐量；V_min是最小无人机速度，V_max是最大无人机速度，z_min是无人机的最小飞行高度，F是推力，F_min，F_max分别为最小推力和最大推力，μ_min是最小滚转角，μ_max是最大滚转角，n_min是最小载荷系数，n_max是最大载荷系数；B是信道带宽，ρ₀为距离基站上空1m处参考接收到的信噪比；V为无人机飞行速度；

S5：将最优控制问题方程进行转换，将无人机无线通信问题转化为非线性最优参数选择的典型数学问题，之后通过梯度的方法进行求解，来最小化无人机的能量损耗。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机通信过程能量优化方法，其特征在于：所述步骤S2中无人机通信过程中的信道方程为：

其中，设基站处于坐标系原点处，B是信道带宽，ρ₀为距离基站上空1m处参考接收到的信噪比，S是平均信号功率，N是平均噪声功率，S/N是信噪比(SNR)，此处的信噪比用分贝表示，分贝数Fb＝10×log10(S/N)。