一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，适用于物联网通信场景。所述数据采集系统包括单个多天线无人机和多个传感器，以单个多天线无人机作为空中基站服务多个地面传感器节点，所述方法包括以下步骤：根据传感器节点和无人机的地理位置以及空对地无线信道模型，建立信道衰落模型和相应的系统模型；根据无人机飞行时间约束、传感器节点发射功率约束以及链路传输速率约束建立优化问题，所述优化问题通过优化无人机的速度和传感器节点的信号发射功率来最小化传感器节点的最大能耗；对优化问题进行求解，得到无人机最佳航速和传感器节点功率分配方案。本发明专利技术可实现能量消耗的最小化，延长了传感器节点设备的续航能力。

【技术实现步骤摘要】
一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法
本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法。
技术介绍
目前通信网的组建和实现主要依赖于地面基站或者中继以及其他的固定通信设备。这些设备虽然可以提供相对稳定的通信需求，但是无法移动的特性导致其在部署上具有一定得局限性且成本较高。在物联网环境中，能源效率，超低延迟，可靠性和高速上行链路通信成为主要挑战。IoT设备受电池的限制很大，并且由于其能量限制，通常无法长距离传输。无人机是解决与物联网相关的诸多挑战的有效手段。目前，以多天线无人机作为空中基站服务多个地面传感器节点以提供节能通信服务的研究尚属空白。考虑到物联网设备可能会部署在没有地面无线基础设施的环境中(例如山区和沙漠地区)，难以进行能量的补充。因此，以多天线无人机作为空中基站服务多个地面传感器节点以提供节能通信服务的研究是具有重要的意义的。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是提出一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，在推动功率受限，飞行时间受本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，其特征在于，所述数据采集系统包括单个多天线无人机和多个传感器，以单个多天线无人机作为空中基站服务多个地面传感器节点，所述方法包括以下步骤：/n(1)根据传感器节点和无人机的地理位置以及空对地无线信道模型，建立信道衰落模型和相应的系统模型；/n(2)根据无人机飞行时间约束、传感器节点发射功率约束以及链路传输速率约束建立优化问题，所述优化问题通过优化无人机的速度和传感器节点的信号发射功率来最小化传感器节点的最大能耗；/n(3)对步骤2中得到的优化问题进行求解，得到无人机最佳的航速和传感器节点的功率分配方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，其特征在于，所述数据采集系统包括单个多天线无人机和多个传感器，以单个多天线无人机作为空中基站服务多个地面传感器节点，所述方法包括以下步骤：
(1)根据传感器节点和无人机的地理位置以及空对地无线信道模型，建立信道衰落模型和相应的系统模型；
(2)根据无人机飞行时间约束、传感器节点发射功率约束以及链路传输速率约束建立优化问题，所述优化问题通过优化无人机的速度和传感器节点的信号发射功率来最小化传感器节点的最大能耗；
(3)对步骤2中得到的优化问题进行求解，得到无人机最佳的航速和传感器节点的功率分配方案。


2.根据权利要求1所述的多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，其特征在于，所述步骤1中信道衰落模型为：



其中，β0表示当无人机与传感器距离间隔为1m时的信道增益；dk表示无人机与传感器节点k之间的距离；为无人机天线阵列采用均匀等距线阵而产生的导向矢量，λ为信号中心频率f所对应的波长，d为阵列振元之间距离；j表示无人机航迹上第j个路段，把路段j均等分为Nj个路径间隙，nj表示路段j的第nj个路径间隙；θjk[nj]为无人机位于路段j的第nj个路径间隙时，传感器节点k与其阵列法线的夹角；qj[nj]为无人机的位置，用路径间隙nj的中点近似表示，wk为传感器节点k的水平坐标位置；H为无人机的飞行高度。


3.根据权利要求2所述的多天线无人机数据采集系统的传感器发射能耗优化方法，其特征在于，所述步骤1中系统模型为：
在无人机飞行过程中，只有所在路段两端的传感器节点向无人机发送信息，在路段j＝1的第nj个路径间隙时，传感器节点j的上行可达速率为：



在路段j＝K+1中的第nj个路径间隙时，传感器节点j-1的上行可达速率为：



当路段j＝2,...,K时，无人机使用ZF方案进行信号接收，在路段j的第nj个路径间隙时，传感器节...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡曙，陈龙，张军，郭永安，张卫东，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32