基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法，首先，将太阳能无人机充当移动基站，为用户提供通讯服务，同时根据无人机与用户之间的位置关系，得到无人机与用户之间的系统模型；然后，根据系统模型，计算用户与无人机之间的距离，进而分别得到无人机的传输速率、无人机的能量消耗和无人机的能量吸收；最后，通过对无人机的飞行半径和飞行倾角，进行联合优化，得到最优的飞行路径和飞行倾角，从而得到最优能效，同时根据建立的无人机能效模型，可以准确的得到无人机在执行任务过程中，吞吐量与能耗的比值情况，并根据比值情况来衡量无人机执行任务的效率。本发明专利技术与普通执行任务的无人机相比，具有更好的续航能力和更好的性能。

Optimization method of energy saving communication system for UAV Based on solar energy

【技术实现步骤摘要】
基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法
本专利技术涉及无线通信
，特别涉及一种基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法。
技术介绍
未来的无线通信系统将为用户提供无处不在、可持续的高数据速率通信服务。由于无人机具备的随需应变的操作和重新配置等性能，可以更迅速的灵活部署，被认为是一种极具发展前景的新模式，吸引了人们越来越多的兴趣。在侦察监视，欺骗干扰，战场评估等作战中都得到了成功的运用。无人机比有人驾驶飞机更能适应于恶劣艰苦的环境并执行复杂且危险的任务。例如，无人机可作为辅助中继，被派往战场，在前线应急响应或军事行动指挥中心等敌对环境中，为两个或更多的远程用户或用户群提供可靠的无线连接。在一些实际场景中，如偏远地区、地震、洪灾等突发自然灾害情况下，部署传统的地面基础设施既不划算，也不可行。这个时候，我们派遣无人机充当基站，为地面用户提供服务。无人机具有较高的机动性，它们可以根据用户的实时位置调整空中位置，从而引入额外的空间自由度，以提高系统性能。无人机通常分为旋翼无人机和固定翼无人机两类。旋翼无人机，依靠多个旋翼产生的升力来平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法，其特征在于，首先，将太阳能无人机充当移动基站，为用户提供通讯服务，同时根据无人机与用户之间的位置关系，得到无人机与用户之间的系统模型；然后，根据系统模型，计算用户与无人机之间的距离，进而分别得到无人机的传输速率、无人机的能量消耗和无人机的能量吸收；最后，通过对无人机的飞行半径和飞行倾角，进行联合优化，得到最优的飞行路径和飞行倾角，从而得到最优能效，无人机节能通讯系统的优化方法的具体实施步骤如下：/nS1、在地面基站被损坏的区域内，将太阳能无人机充当通讯移动基站，与地面基站被损坏区域内的用户进行数据链路连接，为用户提供通讯服务；/nS2、根据步骤S...

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能无人机节能通讯系统的优化方法，其特征在于，首先，将太阳能无人机充当移动基站，为用户提供通讯服务，同时根据无人机与用户之间的位置关系，得到无人机与用户之间的系统模型；然后，根据系统模型，计算用户与无人机之间的距离，进而分别得到无人机的传输速率、无人机的能量消耗和无人机的能量吸收；最后，通过对无人机的飞行半径和飞行倾角，进行联合优化，得到最优的飞行路径和飞行倾角，从而得到最优能效，无人机节能通讯系统的优化方法的具体实施步骤如下：
S1、在地面基站被损坏的区域内，将太阳能无人机充当通讯移动基站，与地面基站被损坏区域内的用户进行数据链路连接，为用户提供通讯服务；
S2、根据步骤S1建立的数据链路连接关系，建立一个三维直角坐标系，通过分析用户和无人机相对坐标位置，得到无人机与用户之间的系统模型，从而计算用户与无人机之间的距离；
S3、结合无人机与用户之间的位置关系与系统模型，在根据香农定理，得到无人机的传输速率模型，最终，所述无人机的传输速率模型表达式为：



其中，C表示无人机的传输速率；B表示信道带宽；d为用户与无人机之间的距离；β0表示为参考距离d0＝1m处的信道功率；Pt为无人机的传输功率，视为常数；σ2表示在地面的用户接收信号情况下的高斯白噪声；log2为以2为底的对数函数；进而求出无人机在执行任务过程中的吞吐量；
S4、考虑无人机在执行任务过程中，由于和地面基站被损坏区域内的用户数据传输所产生的传输能耗以及无人机在飞行所产生的推进能耗，进而计算无人机的能量消耗模型；无人机的能量消耗模型表达式为：



其中，表示无人机的能量消耗；Ptr为无人机的传输功率；c1和c2分别为与无人机的重量、机翼面积和空气密度相关的两个能耗参数；v代表无人机飞行速度；r代表轨迹半径；g为重力加速度；T为传输时间；
S5、根据太阳能电池板吸收功率，当太阳光垂直照射时，计算出执行任务中的无人机吸收的能量，无人机的能量吸收模型表达式为：
Ein＝ηTPsScosδ
其中，Ein为无人机的吸收能量；η为太阳能电池板的效率；Ps为太阳光谱密度；S为太阳能电池板的面积；δ为无人机的飞行倾角；T为传输时间，
再结合步骤S4，从而计算出无人机在传输任务过程中的全部能量消耗情况；
S6、基于步骤S3计算得到的无人...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭希娟，宋旭，常征，郭文龙，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13