一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法，对于无人机作为空中移动基站的多无人机下行通信系统，建立离散时间平均场博弈模型，基于群体状态平均来描述与其他成员相互作用的动态方程，通过不断迭代更新得到功率和速度的联合最优控制，解决了现有技术中通信链路成功率和能量效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法。
技术介绍
近年来，无人机在军事和民用等潜在应用领域的各种优势，比如，低成本，适应能力强，灵活方便等，使其受到了广泛关注。特别是在应急通信中，无人机可以充当基站与地面用户进行空对地通信，在应对更加复杂的情况时，需要部署超密集的无人机群。但是，不可忽视的是，多无人机系统的通信性能受到大量无人机之间复杂的相互作用以及自身有限能量的限制。因此，采取有效的方法来提高通信链路的连接成功率是一个严峻的挑战。博弈论对于分析个体在复杂的交互环境中如何作出理性决策是可行的。文献1“GameTheoryinWirelessandCommunicationNetworks:Theory,Models,andApplications[CambridgeUniversityPress,2012].”对不同博弈论在无线通信网络中的应用进行了调查。典型的博弈需要模拟每个成员与其他成员的互动建立方程，当涉及大量成员时，相应地，需要求解大量的方程，经典博弈就难以分析。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法，其特征在于，对于无人机作为空中移动基站的多无人机下行通信系统，建立离散时间平均场博弈模型，基于群体状态平均来描述与其他成员相互作用的动态方程，通过不断迭代更新得到功率和速度的联合最优控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法，其特征在于，对于无人机作为空中移动基站的多无人机下行通信系统，建立离散时间平均场博弈模型，基于群体状态平均来描述与其他成员相互作用的动态方程，通过不断迭代更新得到功率和速度的联合最优控制。2.根据权利要求1所述的一种基于离散平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤一、构建系统模型：系统模型为无人机基站集，用N:N＝{1,…,i,…,j,…,N}表示，该N个无人机基站同时共享同一个信道进行下行数据传输；步骤二、建立成本函数：以无人机基站的可用能量以及无人机基站及其服务用户之间的距离为状态空间，以无人机发射功率和竖直方向上的速度为动作空间，根据通信链路传输速率阈值以及无人机能耗构造出相应的成本函数，制定出一个使长期平均成本函数最小的优化问题；步骤三、优化控制的平均场近似：对于能量状态和距离状态分别找到一个确定性函数近似群体状态平均，根据algebraicRiccati代数黎卡提方程求出相应的最优控制，根据一定的权重比，求得最优的联合功率和速率控制，使得长期成本函数取得最小值。3.如权利要求书2所述的一种基于平均场博弈的多无人机空对地无线通信方法，其特征在于，所述步骤二中建立成本函数的具体过程如下，在离散时间系统中定义无人机基站i的发射能量状态方程为：Ei(t+1)＝Ei(t)+a1δ1pi(t)+a2δ1mp+ni(t+1)(1)，其中，Ei(t)表示在时t刻的发射能量状态，Ei(t+1)表示在t+1时刻的发射能量状态；a1，a2分别表示无人机基站i和所有其他基站控制的权重系数；d1是控制和状态之间的关系常数，δ1＞0；pi(t)是输入控制；是平均输入控制，即发射功率；ni(t+1),1≤i≤N是与初始发射能量状态Ei(0)独立的随机噪声；无人机基站i与其服务用户之间的距离状态动态方程可以表示为：Di(t+1)＝Di(t)+b1δ2vi(t)+b2δ2mv+ni(t+1)(2)，其中，Di(t)是在t时刻的距离状态，Di(t+1)是在t+1时刻的距离状态；与(1)式相似，b1，b2分别是无人机基站i与所有其他基站之间速度控制的权重；vi(t)是另一个控制输入，δ2是速度与距离之间的关系常数且δ2＞0，是平均控制(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立欣，徐洋，李旭，高昂，梁微，薛凯元，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61