【摘要】：隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,無線數(shù)據(jù)流量的需求飛速膨脹,對現(xiàn)有的地面通信系統(tǒng)帶來了極其巨大的挑戰(zhàn)。然而,僅僅依靠部署傳統(tǒng)的地面基站難以應對上述挑戰(zhàn)。除此之外,地面基站還面臨著在山區(qū)等地勢險峻地區(qū)部署成本高、難以部署,在地震等自然災害發(fā)生時容易遭破壞等一系列問題。在現(xiàn)有的地面通信系統(tǒng)中部署無人機(unmanned aerial vehicle,UAV)基站可以有效地解決上述問題。在無人機通信系統(tǒng)中,無人機基站處于空中,具有可控的移動性,可以縮短與目標用戶的距離,降低路徑損耗以提升無線傳輸效率。本文主要致力于通過優(yōu)化無人機的飛行軌跡,提升無人機通信系統(tǒng)中的信息或能量傳輸?shù)男�。考慮了兩個場景,分別為無人機使能的無線信息傳輸和配置定向天線的無人機使能的無線能量傳輸。研究內容一考慮了一個無人機使能的無線信息傳輸系統(tǒng),其中無人機作為移動的空中基站,在一個通信周期內向地面多個用戶廣播信息,用戶的多址接入方式為頻分多址。本文的目的是通過聯(lián)合優(yōu)化無人機的軌跡和傳輸功率,最大化所有用戶的最小可達速率,約束條件為無人機的最大速度約束以及無人機的平均發(fā)射功率約束。由于所形成的優(yōu)化問題是非凸的,難以直接求出最優(yōu)解。因此,本文首先考慮忽略最大速度約束的松弛問題,并利用拉格朗日對偶法求得其最優(yōu)解。該最優(yōu)解顯示無人機應該陸續(xù)懸停在有限個懸停點上,但卻并不適用于有最大速度約束的原問題�；谒沙趩栴}的解,同時為了最大化無人機在懸停點上的懸停時間,無人機需要以最大速度在懸停點之間飛行,并且以最短路徑訪問所有懸停點。本文利用旅行售貨員問題(travelling salesman problem,TSP)的求解方法求得了無人機的軌跡,稱其為successive hover-and-fly軌跡,并得出了對應最優(yōu)的懸停時間以及發(fā)射功率分配。上述便是本文為有最大速度約束的原問題提出的算法,該算法得到的解是漸進最優(yōu)的。仿真結果證明了本文所提算法相對已有算法的優(yōu)越性。研究內容二考慮了一個無人機使能的無線能量傳輸(wireless power transfer,WPT)系統(tǒng),其中配置定向天線的無人機作為移動的能量發(fā)射機,在一個充電周期內向地面上多個節(jié)點傳輸能量。定向天線的引入使得系統(tǒng)多出一個無人機高度和波束寬度的權衡,因此無人機的飛行不再局限于二維(two dimensional,2D)空間,其移動性得到了更加充分地利用。本文的目的是通過聯(lián)合優(yōu)化無人機的水平軌跡、高度和波束寬度,最大化所有節(jié)點的最小接收能量,約束條件為無人機的最大速度約束、高度約束和波束寬度約束。本文考慮了兩個節(jié)點和多個節(jié)點兩種情況,給出了針對最小接收能量最大化問題的有效解決方案。仿真結果表明了本文所提方案相對已有方案有較大的性能增益。
【圖文】：

圖２．１城市環(huán)境中無人機與地面用戶之間的傳播ｗ逡逑基于氋度的信道參數(shù)：在文獻［１０］中，無人機與地面基站之間鏈路的路徑逡逑損耗指數(shù)《被建模為關于無人機高度的單調遞減函數(shù)，公式表達如下，逡逑？（／／，邋）邋＝邋ｍａｘ（Ａａ邋－Ｐ２°邋１0８１０（＾），２），邐（２．４）逡逑其中＞０是建模參數(shù)，是根據(jù)信道測量結果并通過曲線擬合所獲得的。從逡逑上述模型表達式（２．４）可以看出，當無人機的高度越高，射頻信號受到的阻擋、逡逑反射以及散射越少，從而導致路徑損耗指數(shù)ａ越小。當變得足夠大時，可逡逑以得到《邋＝邋２，即上文所描述的自由空間傳播模型。對于（２．２）中的＾和＾，也逡逑有類似（２．４）的高度相關表達式，如下，逡逑ｌｏｇ．ｏＣｍｉｎＣ＾，邋Ｈｆｓｐｌ））邋［ｄＢ］，，邐（２．５）逡逑ａ２ｘ｛Ｈｕ）邋＝邐＋ｐｆ邋ｌｏｇ．＾ｍｉｎＣ／／＾＾））邋［ｄＢ］，邐（２．６）逡逑其中同樣為需要通過擬合獲得的建模參數(shù)，而為滿足逡逑？邋＝邋２時的最低高度。值得注意的是，在文獻［］０］中，上述模型是用于建�；惧义�

用戶位里及無人機的紐停位里和軌跡
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279;V243.1

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本文編號：2662922