[发明专利]基于混合无人机空中移动基站的中继方法和装置

权利要求书

1.一种基于混合无人机空中移动基站的中继方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

被动智能可重构表面的相移矩阵最优解计算步骤，基于预设的无人机轨迹，以最大化被动反射中继通信速率为目的，计算得出被动智能可重构表面的相移矩阵最优解，基于所述相移矩阵的最优解动态调整被动智能可重构表面在无人机轨迹中每个位置的表面相移；动态调整的被动智能可重构表面的表面相移使得在无人机基于当前无人机轨迹服务时被动反射中继通信速率达到最优；所述被动反射中继通信速率基于被动智能可重构表面与地面基站之间的信道条件、被动智能可重构表面与地面用户之间的信道条件和被动可重构表面的相移矩阵计算得到；基于无人机轨迹计算得到所述被动智能可重构表面与地面基站之间的信道条件和被动智能可重构表面与地面用户之间的信道条件；

主动解码转发中继装置的优化发射功率计算步骤，基于预设的无人机轨迹，以最大化主动解码转发中继通信速率为目的，计算得到主动解码转发中继装置的优化发射功率，并调整主动解码转发中继装置的发射功率与优化发射功率一致使得无人机基于当前无人机轨迹进行服务时主动解码转发通信速率达到最优；

工作模式调度参数优化计算步骤，基于所述被动智能可重构表面的相移矩阵最优解和主动解码转发中继通信装置的优化发射功率更新混合整数非凸优化模型的被动反射中继通信速率参数和主动解码转发中继通信速率；保持混合整数非凸优化模型中除工作模式调度参数以外的其他参数不变，并对工作模式调度参数进行松弛后，使用线性规划的方法计算得到优化的工作模式调度参数；基于所述优化的工作模式调度参数选择主动解码转发中继工作模式和被动反射中继工作模式中的一者作为当前的中继工作模式时使得无人机基于当前轨迹进行服务时的混合移动中继通信速率达到最大值；

无人机轨迹优化计算步骤，基于所述被动智能可重构表面的相移矩阵最优解、主动解码转发中继通信装置的优化发射功率和工作模式调度参数更新混合整数非凸优化模型的被动反射中继通信速率、主动解码转发中继通信速率和工作模式调度参数；保持混合整数非凸优化模型中除无人机轨迹以外的其他参数不变，基于所述混合整数非凸优化模型以最大化混合移动中继通信速率为目的，使用连续凸逼近和变量替换方法计算得到优化的无人机轨迹，并基于优化的无人机轨迹进行飞行；在无人机充当地面基站和地面用户之间的空中移动中继基站的场景中，所述混合整数非凸优化模型为：以无人机飞行限制和通信资源限制为约束，基于被动反射中继通信速率、主动解码转发中继通信速率、工作模式调度参数、无人机轨迹等参数构建的用于计算无人机混合中继通信速率的模型，其中，无人机的移动中继过程时长由预设数量份时隙组成，所述时隙的大小为预设大小；

交替优化步骤，循环执行被动智能可重构表面的相移矩阵最优解计算步骤，主动解码转发中继装置的优化发射功率计算步骤，工作模式调度参数优化计算步骤和无人机轨迹优化计算步骤，并将本轮循环得到的被动智能可重构表面的相移矩阵最优解、主动解码转发中继装置的优化发射功率、工作模式调度参数和无人机轨迹作为下轮循环的混合整数非凸优化模型的预设参数，直至满足混合整数非凸优化模型的拉格朗日对偶条件乘子与其对应不等式约束的乘积始终为零时停止循环，此时中继方法为无人机基于当前的无人机轨迹进行飞行时，基于当前的工作模式调度参数选择主动解码转发中继工作模式或被动反射中继工作模式，当选择主动解码转发中继工作模式时基于当前的主动解码转发中继装置的优化发射功率调整主动解码转发中继装置的发射功率，当选择被动反射中继工作模式时基于当前的相移矩阵最优解调整被动智能可重构表面的表面相移。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机的飞行限制为预设的最大飞行速度限制和预设的最小飞行速度限制，以及预设的最大飞行加速度限制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信资源限制为在求解混合整数非凸优化模型时，当前时隙的中继工作模式对应的功率需小于等于移动中继过程的平均最大允许通信功率。