研究部署無人機與固定地面終端（GT）通信,無人機需要完成特定的任務(wù),即從地面終端收集預(yù)定數(shù)量的數(shù)據(jù)。文中研究了一種圓形軌跡的無人機信息采集系統(tǒng),聯(lián)合考慮系統(tǒng)的能耗和任務(wù)完成時間。由于地面終端的通信能量消耗與無人機的飛行推進能量消耗之間存在博弈關(guān)系,需要設(shè)計合適的基于能量考量和任務(wù)需求的飛行策略。通過聯(lián)合二分法和循環(huán)迭代的方法,分別得到了系統(tǒng)的能量消耗最小和地面終端的能耗最小兩種飛行方案。此外,對應(yīng)的最佳飛行半徑和最佳瞬時傳輸功率也一并給出。最后,給出了數(shù)值結(jié)果以驗證所提方案的性能,仿真結(jié)果表明,當(dāng)傳輸功率和飛行半徑取得最佳值時,無人機與地面終端系統(tǒng)將實現(xiàn)最佳性能和最小完成時間,同時系統(tǒng)的總能耗和GT的傳輸功耗也最小。 

【文章來源】：現(xiàn)代電子技術(shù). 2020,43(17)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

無人機空對地圓形軌跡無線通信系統(tǒng)

圖2展示了采用二分法傳輸?shù)目偰芰肯呐c吞吐量的關(guān)系�？梢钥闯�，系統(tǒng)的總能量消耗隨著GT中的吞吐量增加而增加。此外，圖2標(biāo)記了通過使用二分法計算出的節(jié)點的總傳輸能耗，在Q=600 Mb時，地面節(jié)點的總能耗是P1=167.97 W。圖3a）展示了地面節(jié)點不同傳輸功率時無人機的飛行半徑與飛行總能量消耗的關(guān)系。在這種情況下，每個時隙的傳輸功率是恒定的，而總能量消耗隨半徑變化，對比了4種不同的傳輸功率。隨著地面用戶傳輸功率的增加，無人機總能量消耗減少。例如，通過將瞬時傳輸功率從0.15 W增加到0.45 W，系統(tǒng)的最小能耗將顯著降低約50%。然而，考慮到無人機有最小總能量消耗限制，隨著地面?zhèn)鬏敼β实脑黾�，無人機的飛行半徑也隨之增加。采用迭代方法求解出無人機最小能量消耗對應(yīng)的地面?zhèn)鬏敼β�。此外，對于給定的固定傳輸功率，系統(tǒng)的總能耗首先隨飛行半徑的增加而減小，然后系統(tǒng)的總能耗達到最小能耗點，最后隨著飛行半徑的增加而增加。此外，標(biāo)記了每種情況下最小總能耗點。圖3b）展示了不同傳輸功率下的飛行半徑與任務(wù)完成時間的曲線圖。直觀地看，隨著傳輸功率的增加，完成時間減少。但是，隨著飛行半徑的增加，完成時間增加。因此，需要找到最佳飛行半徑和傳輸功率以優(yōu)化任務(wù)完成時間。如果飛行半徑較小，可以減少地面節(jié)點在傳輸上行鏈路數(shù)據(jù)所需能量，但導(dǎo)致UAV消耗更多推進能量。然而，無人機的機載能量是有限的，需要適當(dāng)設(shè)計以節(jié)省機載能量。此外，傳輸能量消耗的減少通常以無人機的較高推進能量消耗為代價。

圖4顯示了飛行半徑與地面終端吞吐量的關(guān)系。通過多次迭代得到無人機的最優(yōu)飛行半徑�？梢钥闯�，當(dāng)系統(tǒng)吞吐量為600 Mb時，最優(yōu)傳輸功率為0.44 W，最優(yōu)飛行半徑為79.37 m。當(dāng)傳輸功率和飛行半徑取最佳值，GT-UAV系統(tǒng)將實現(xiàn)在保證系統(tǒng)總能耗的前提下，系統(tǒng)所需的實際時間最小。圖4 吞吐量與飛行半徑的關(guān)系

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于智能算法的無人機航跡規(guī)劃[J]. 岳秀,張偉.  電子科技. 2019(02)
[2]無人機航跡規(guī)劃與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 郭杰,王曉銀,滑亞慧.  計算機測量與控制. 2018(09)



本文編號：3384965