一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法
专利汇可以提供一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及无人机航迹规划及通信技术领域，公开了一种无人机移动 数据采集 场景中三维航迹的优化方法，根据初始航迹高度，采用非直射的大尺度信道增益替代大尺度平均信道增益优化 水 平航迹坐标，根据优化后的水平航迹坐标，计算优化当前航迹点的高度时平均吞吐率最小的用户，确定当前航迹点高度搜索范围，并确定时平均吞吐率最小用户信道增益最大的高度，以此计算前向各航迹点和后向各航迹点的最佳高度；通过比较前向航迹最佳高度和后向航迹最佳高度，获得航迹最佳优化高度；输出优化后的三维航迹点坐标。本发明的方法以最小用户平均吞吐率为准则的三维航迹，考虑同时存在直射路径与非直射路径的信道环境，可以显著提升系统最小用户平均吞吐率。，下面是一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法专利的具体信息内容。
1.一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、初始化无人机航迹；
S2、根据初始航迹高度，采用非直射的大尺度信道增益替代大尺度平均信道增益，优化水平航迹坐标；
S3、根据优化后的水平航迹坐标，计算优化后当前航迹点的高度时平均吞吐率最小的用户，确定当前航迹点高度搜索范围，并确定时平均吞吐率最小用户信道增益最大的高度，以此计算前向各航迹点和后向各航迹点的最佳高度；
S4、通过比较前向航迹最佳高度和后向航迹最佳高度，获得航迹最佳优化高度；
S5、输出优化后的三维航迹点坐标。
2.根据权利要求1所述的一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法，其特征在于：步骤S2中采用迭代方法优化水平航迹坐标{(x[m],y[m])}m＝1,...,M，第k次迭代的优化问题如下：
s.t.
C1:
C2:
C3:
C5:
其中无人机起始点坐标是(x0,y0,h0)，终点坐标是(xF,yF,hF)，无人机由起点至终点的整个航迹表示为航迹点坐标集合{x[m],y[m],h[m]}m＝1,...,M；M表示整个航迹持续时间T划分为M+1段时隙δ，即存在M个航迹点，δ＝T/(M+1)，m为其中任意一个航迹点，无人机的最大飞行速度为V；(xk[m],yk[m])表示第k次迭代的无人机的水平坐标；
分别表示第k+1次迭代后无人
机的水平航迹坐标相较于第k次迭代无人机水平航迹坐标变化值；
表示第k次迭代航迹点(xk[m],yk[m],h[m])到第n个地
面用户(xn,yn,0)距离的平方；
其中B为无线传输所用的频带宽度，σ2为无人机接收机的高斯白噪声功率，pn[m]表示无人机处于m航迹点时地面用户n的发送功率，β0表示在参考距离1米处的信道功率，η为非直射信道衰减因子，s为松弛因子；地面上第n个用户的坐标是(xn,yn,0),n＝1,…,N，N为地面用户总数；定义K为算法总迭代次数，经过K次迭代后，得到x*[m]＝xK[m]，y*[m]＝yK[m]，m＝
1,2,...,M；优化后的水平航迹坐标{(x*[m],y*[m])}m＝1,...,M。
3.根据权利要求2所述的一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法，其特征在于，步骤S3中根据优化后的水平航迹坐标{(x*[m],y*[m])}m＝1,...,M，按照m＝1,2,...,M的顺序依次计算最佳高度，优化航迹点高度{h[m]}m＝1,...,M,得到前向各航迹点的最佳高度具体计算流程如下：
A1：引入前向过程高度集合
其前m-1个元素为已优化的
航迹点高度，后M-m+1个元素为待优化的航迹点高度；根据航迹{(x*[m],y*[m],h1[m])}m＝1,...,M，计算优化m航迹点高度时平均吞吐率最小的用户n*[m]：
其中： 表示可以使函数f(n)达到最小值时的n的取值；log2()表示以2为底的对数函数，gn[m](x*[m],y*[m],h1[m])表示根据无人机航迹点坐标(x*[m],y*[m],h1[m])计算出的无人机处于m航迹点时地面用户n到无人机之间的大尺度平均信道增益，具体表达式为：
PrLOS(n,m)表示无人机处于m航迹点时地面用户n到无人机为直射(line of sight,LOS)信道的概率， PrLOS(n,m)的表达式
为 a和b为信道环境参数；
B1：根据无人机m-1航迹点三维坐标(x*[m-1],y*[m-1],h1[m-1])以及无人机m航迹点水* *
平坐标(x[m],y[m])，确定无人机m航迹点的最佳高度的搜索范围：
其中，如果m＝1，则：
如果2≤m≤M-1，则
如果m＝M，则：
*
C1:在高度区间 至 采用一维搜索法求解使用户n [m]信道增益 最大
的最佳高度
4.根据权利要求3所述的一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法，其特征在于，根据优化后的水平航迹坐标{(x*[m],y*[m])}m＝1,...,M，按照m＝M,M-1,...,1的顺序依次计算最佳高度，优化高度航迹{h[m]}m＝1,...,M，得到后向航迹最佳高度 具体过程如下：
A2：引入后向过程高度
其前m个元素为待优化的航迹点
高度，后M-m个元素为待优化的航迹点高度；根据航迹点{(x*[m],y*[m],h2[m])}m＝1,...,M，计算优化m航迹点高度时平均吞吐率最小的用户n*[m]；
B2：根据无人机m+1航迹点三维坐标(x*[m+1],y*[m+1],h2[m+1])以及无人机m航迹点水* *
平坐标(x[m],y[m])，确定无人机m航迹点的最佳高度的搜索范围
其中，如果m＝1，则：
如果2≤m≤M-1，则：
如果m＝M，则：
C2:在高度区间 至 采用一维搜索法求解使用户n*[m]信道增益 最大
的最佳高度
5.根据权利要求4所述的一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法，其特征在于，按照m＝1,2,...,M的顺序依次比较前向最佳高度 和后向最佳高度当首次 时，令Num＝m，τ定义为误差系数，于是得到最终最佳高
度{h*[m]}m＝1,...,M，
一种无人机移动数据采集场景中三维航迹的优化方法
技术领域
背景技术
发明内容
机的水平航迹坐标相较于第k次迭代无人机水平航迹坐标变化值；
表示第k次迭代航迹点(xk[m],yk[m],h[m])到第n个地
面用户(xn,yn,0)距离的平方；
具体实施方式
机的水平航迹坐标相较于第k次迭代无人机水平航迹坐标变化值；
表示第k次迭代航迹点 (xk[m],yk[m],h[m])到第n个地
面用户(xn,yn,0)距离的平方；
待优化的航迹点高度，后M-m个元素为待优化的航迹点高度；根据航迹点{(x [m],y [m],h2[m])}m＝1,...,M，计算优化m航迹点高度时平均吞吐率最小的用户 n*[m]；
度{h*[m]}m＝1,...,M：
β0＝-50dB，γ0＝β0/σ＝60dBm，其中σ为无人机通信设备的高斯白噪声。进一步地，所有用户各个航段采用相同发送功率pn[m]＝1dBw。无人机起始点坐标(x0,y0,h0)＝(0,200,100)，终点坐标(xF,yF,hF)＝(450,200,100)，航迹点数 M＝50，T＝50秒，最大移动速度V＝30米/秒，各个航迹点高度限制均为hmin[m]＝5 和hmax[m]＝1000，非直射衰减因子η＝0.01，信道参数a＝11.95，b＝0.136。
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