无人机中继广播通信系统航迹优化方法研究.pdfVIP

摘要

无人机中继通信是实现远距离无线通信的一种重要技术手段，可以有效扩大通信

覆盖范围，克服信道衰落和路径损耗，保证通信的可靠性。然而在实际通信过程中，

由于无人机能量、体积受限，通信环境复杂等原因，无人机中继通信系统的航迹优

化、资源分配、传输方法等问题必然面临一系列新的技术挑战。因此，为了提高无人

机中继通信系统的性能，开展无人机中继航迹优化问题的研究至关重要。论文针对无

人机中继广播通信系统航迹优化方法开展研究，主要工作如下：

第一，针对放大转发协议下的无人机中继广播通信系统航迹优化问题，建立无人

机中继广播通信系统模型，分析给出了单条链路的遍历容量近似表达式。在此基础上

基于系统遍历容量最大化准则提出中继无人机航迹优化方法，理论推导给出单用户中

断概率和系统遍历容量的数学表达式，并通过计算机仿真验证论文所提出的航迹优化

方法的正确性。

第二，针对译码转发协议下的无人机中继广播通信系统航迹优化问题，建立无人

机中继广播通信系统模型，分析给出了单用户链路中断概率和用户平均中断概率计算

公式，在此基础上提出基于最大用户中断概率最小化准则的中继无人机航迹优化方

法，并推导出系统遍历容量精确数学表达式。通过计算机仿真结果表明：在相同优化

准则下，与放大转发协议相比，译码转发协议下的中断性能和容量性能均有明显提

升。

第三，针对无人机级联中继广播通信系统航迹优化问题，按照双无人机级联中继

模式，建立译码转发协议下的中继无人机级联广播通信系统模型，基于最大用户中断

概率最小化准则提出了级联无人机航迹联合优化方法和分步优化方法，研究了两种航

迹优化方法下的无人机最佳航迹以及系统链路的传输性能，并通过仿真验证了所提出

的中继无人机航迹优化方法的正确性。

关键词：无人机中继；中断概率；遍历容量；航迹优化；广播通信

Abstract

Unmannedaerialvehicle(UAV)relaycommunicationisanimportanttechnicalmeansto

realizelong-distancewirelesscommunication,whichcaneffectivelyexpandthethecoverage

ofcommunication,overcomechannelfadingandpathloss,andensurethereliabilityof

communication.However,intheactualcommunicationprocess,duetothelimitedenergyand

volumeofUAV,complexcommunicationenvironmentandotherreasons,theUAVrelay

communicationsystemisboundtofaceaseriesofnewtechnicalchallengessuchastrajectory

optimization,resourceallocationandtransmissionmethods.Therefore,inordertoimprove

theperformanceoftheUAVrelaycommunicationsystem,itiscrucialtocarryoutresearchon

theUAVrelaytrajectoryoptimizationproblem.Theflighttrajectoryoptimizationmethodof

theUAVrelaybroadcastcommunicationsystemisstudied.Themainworkareasfollows:

First,aimingatthetrajectoryoptimizationproblemofUAVrelaybroadcast

commun