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专利号: 2019106943469
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,建立了以最大化UAV能量信息双中继系统的信息速率为目标且包含视距链路保障约束的最优化问题,对于最优化问题中独立于时间分配的UAV位置优化子问题,根据最高障碍物与视距链路的关系并以最大化UAV接收信噪比和基站接收信噪比中的较小者为目标确定UAV位置,再将UAV位置带入最优化问题得到时间分配子问题,求解时间分配子问题确定最优时间切换因子ρ,所述最优时间切换因子将一帧时长T划分为时长分别为ρT、(1-ρ)T/2、(1-ρ)T/2的基站向UAV充电的第一阶段、传感器向UAV传输信息的第二阶段、UAV向基站传输信息并同时向传感器传送能量的第三阶段,其中,所述最优化问题在水平-垂直二维坐标系下建立,所述水平-垂直二维坐标系以基站为原点,以基站到传感器的射线为水平坐标轴,以过原点与地面垂直的射线为垂直坐标轴,最优化问题为:其中,R(α,β,ρ)为与α、β、ρ相关的UAV能量信息双中继系统的信息速率,α为UAV和基站的连线与水平坐标轴的夹角,β为UAV和传感器的连线与水平坐标轴的夹角,ρ为时间切换因子,η为能量转换效率,Pb为基站的发射功率,μ为单位距离下的信道增益,σ2为加性高斯白噪声功率,Lb和Ls分别为UAV到基站和传感器的距离,L为基站到传感器的距离,Hu为UAV的高度,α0为最高障碍物的顶点到基站连线与水平坐标轴所形成的夹角,β0为最高障碍物的顶点到传感器连线与水平坐标轴所形成的夹角。

2.根据权利要求1所述面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,所述UAV位置优化子问题为:当α0=β0=0时,α=β=0,UAV位置优化子问题简化为:fb(Ls)=(L-Ls)4,

当α0≠0且β0≠0时,UAV位置优化子问题简化为:

fu(α,β)=(cosα+sinαcotβ)(cosβ+sinβcotα)2,fb(α,β)=cosα+sinαcotβ。

3.根据权利要求2所述面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,根据最高障碍物与视距链路的关系并以最大化UAV接收信噪比和基站接收信噪比中的较小者为目标确定UAV位置的方法为:当α0+β0<π/2时,α=π/2-β0,β=β0;

当α0+β0≥π/2时,α=α0,β=β0;

当α0+β0<π/2时,Lb=Lsinβ0,Ls=Lcosβ0;

当α0+β0≥π/2时,Lb=L/(cosα0+sinα0cotβ0),Ls=L/(cosβ0+sinβ0cotα0)。

4.根据权利要求1所述面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,将UAV位置带入最优化问题得到的时间分配子问题为:

5.根据权利要求4所述面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,采用凸优化方法求解时间分配子问题。

6.根据权利要求5所述面向UAV能量信息双中继系统的联合位置和时间优化方法,其特征在于,采用凸优化方法求解时间分配子问题的具体步骤如下:A、设置∈为趋近于0的正实数、ρa=0、ρb=1;

B、当|ρb-ρa|<∈时,转步骤F;否则,令 计算时间分配子问题关于时间切换因子的偏导数值ω;

C、ω=0时, 并转步骤F;

D、ω>0时, 并转到步骤B;

E、ω<0时, 并转到步骤B;

F、ρa为最优时间切换因子。

7.采用权利要求1至6中任意一项所述联合位置和时间优化方法的UAV能量信息双中继系统,包括:基站,在系统工作于第一阶段时向UAV充电,

传感器,在系统工作于第二阶段时向UAV传输信息,及,

UAV,在系统工作于第三阶段时向基站传输信息,同时向传感器传送能量,所述UAV工作于所述优化方法确定的位置,系统各工作阶段按照所述优化方法确定的最优时间切换因子进行切换。