1.一种飞行速度和轨迹的联合优化方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤S1:初始化,令无人机在模式1下接收到的信息比特数等于待发送信息的比特数,给定精度;
步骤S2:确定无人机在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度;
步骤S3:确定无人机在模式1下的最优飞行圈数;
步骤S4:采用一维搜索算法,根据无人机在模式1下接收到的信息比特数和最优飞行圈数确定无人机在模式1下的最优飞行半径和最优飞行速度;
步骤S5:确定无人机在模式1计算接收到的信息比特数;
步骤S6:计算无人机在模式1计算接收到的信息比特数 与无人机在模式1接收到的信息比特数之间的差值;
步骤S7:判断所述差值是否大于精度;如果所述差值大于精度,则令无人机在模式1接收到的信息比特数等于无人机在模式1计算接收到的信息比特数,跳转到步骤S4;如果所述差值小于或等于精度,则执行步骤S8;
步骤S8:确定无人机在模式1下的最优飞行时长,无人机飞行在模式3下的最优飞行时长,无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长;输出最优飞行参数,以使根据所述最优飞行参数控制无人机飞行;所述最优飞行参数包括:无人机在模式1下的最优飞行半径、最优飞行速度、最优飞行时长和最优飞行圈数,无人机飞行在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度和最优飞行时长,无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长。
2.根据权利要求1所述的飞行速度和轨迹的联合优化方法,其特征在于,方法还包括:根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗。
3.根据权利要求2所述的飞行速度和轨迹的联合优化方法,其特征在于,根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗,具体公式为:其中,E表示最小飞行总能耗,g表示重力加速度,c1=ρCD0S/2和c2=2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0是翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2表示接收到噪声的功率,β0表示单位距离下的信道功率,r1*、 和T1*分别表示无人机在模式1下的最优飞行半径、最优飞行速度和最优飞行时长,和 分别表示无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长,和T3*分别表示无人机飞行在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度和最优飞行时长。
4.根据权利要求1所述的飞行速度和轨迹的联合优化方法,其特征在于,确定无人机在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度,具体包括:根据 确定无人机
在模式3下的最优飞行速度;其中, 表示无人机在模式3下的最优飞行速度,g表示重力加速度,r2表示第二飞行半径,vmin和vmax分别表示无人机飞行的最小和最大速度,c1=ρCD0S/2和c2=2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0表示翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2表示接收到噪声的功率,β0表示单位距离下的信道功率;
采用一维搜索算法,将无人机在模式3下的最优飞行速度代入无人机在模式3下的飞行能耗优化公式,获得无人机在模式3下的最优飞行半径;所述无人机在模式3下的飞行能耗优化公式,具体公式为:目标函数:
约束条件:
vmin≤v3≤vmax,0<r2<L,T3≥0;
其中,表示在无人机模式3下的最优飞行半径, 表示无人机在模式3下的最优飞行速度, 表示目的节点在模式3下接收到的信息比特数,g表示重力加速度,PR表示无人机中继节点的信号发射功率,L表示源节点S与目的节点D之间的水平距离,v3和T3分别表示无人机在模式3下的飞行速度和时长,r2表示第二飞行半径,H表示飞行高度,vmin和vmax分别表示无人机飞行的最小和最大速度,c1=ρCD0S/2和c2=2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0表示翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2表示接收到噪声的功率,β0表示单位距离下的信道功率。
5.根据权利要求1所述的飞行速度和轨迹的联合优化方法,其特征在于,所述确定无人机在模式1下的最优飞行圈数,具体公式为:或/和
其中,表示无人机在模式1下的最优飞行圈数, 和 分别表示在飞行圈数n为非整数圈数限制下无人机在模式1下的飞行时间、飞行速度和飞行半径。
6.一种飞行速度和轨迹的联合优化系统,其特征在于,所述系统包括:
初始化模块,用于初始化,令无人机在模式1下接收到的信息比特数等于待发送信息的比特数,给定精度;
第一确定模块,用于确定无人机在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度;
第二确定模块,用于确定无人机在模式1下的最优飞行圈数;
第三确定模块,用于采用一维搜索算法,根据无人机在模式1下接收到的信息比特数和最优飞行圈数确定无人机在模式1下的最优飞行半径和最优飞行速度;
信息比特数确定模块,用于确定无人机在模式1计算接收到的信息比特数;
差值确定模块,用于计算无人机在模式1计算接收到的信息比特数 与无人机在模式
1接收到的信息比特数之间的差值;
判断模块,用于判断所述差值是否大于精度;如果所述差值大于精度,则令无人机在模式1接收到的信息比特数等于无人机在模式1计算接收到的信息比特数,跳转到“第三确定模块”;如果所述差值小于或等于精度,则执行“输出控制模块”;
输出控制模块,用于确定无人机在模式1下的最优飞行时长,无人机飞行在模式3下的最优飞行时长,无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长;输出最优飞行参数,以使根据所述最优飞行参数控制无人机飞行;所述最优飞行参数包括:无人机在模式1下的最优飞行半径、最优飞行速度、最优飞行时长和最优飞行圈数,无人机飞行在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度和最优飞行时长,无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长。
7.根据权利要求6所述的飞行速度和轨迹的联合优化系统,其特征在于,系统还包括:最小飞行总能耗确定模块,用于根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗。
8.根据权利要求7所述的飞行速度和轨迹的联合优化系统,其特征在于,根据所述最优飞行参数计算最小飞行总能耗,具体公式为:其中,E为最小飞行总能耗,g为重力加速度,c1=ρCD0S/2和c2=2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0是翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2为接收到噪声的功率,β0为单位距离下的信道功率,r1*、和T1*分别为无人机在模式1下的最优飞行半径、最优飞行速度和最优飞行时长,和 分别为无人机飞行在模式2下的最优飞行速度和最优飞行时长, 和T3*分别为无人机飞行在模式3下的最优飞行半径和最优飞行速度和最优飞行时长。
9.根据权利要求6所述的飞行速度和轨迹的联合优化系统,其特征在于,所述第一确定模块,具体包括:第一确定单元,用于根据
确定无人机在模式3
下的最优飞行速度;其中, 表示无人机在模式3下的最优飞行速度,g表示重力加速度,r2表示第二飞行半径,vmin和vmax分别表示无人机飞行的最小和最大速度,c1=ρCD0S/2和c2=
2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0表示翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2表示接收到噪声的功率,β0表示单位距离下的信道功率;
第二确定单元,用于采用一维搜索算法,将无人机在模式3下的最优飞行速度代入无人机在模式3下的飞行能耗优化公式,获得无人机在模式3下的最优飞行半径;所述无人机在模式3下的飞行能耗优化公式,具体公式为:目标函数:
约束条件:
vmin≤v3≤vmax,0<r2<L,T3≥0;
其中, 表示在无人机模式3下的最优飞行半径, 表示无人机在模式3下的最优飞行速度, 表示目的节点在模式3下接收到的信息比特数,g表示重力加速度,PR表示无人机中继节点的信号发射功率,L表示源节点S与目的节点D之间的水平距离,v3和T3分别表示无人机在模式3下的飞行速度和时长,r2表示第二飞行半径,H表示飞行高度,vmin和vmax分别表示无人机飞行的最小和最大速度,c1=ρCD0S/2和c2=2W2/[(πe0AR)ρS],ρ表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,S表示机翼面积,e0表示翼展效率,W表示无人机整体的重量,AR表示无人机翼的纵横比,γ0=β0/σ2,σ2表示接收到噪声的功率,β0为单位距离下的信道功率。
10.根据权利要求6所述的飞行速度和轨迹的联合优化系统,其特征在于,所述确定无人机在模式1下的最优飞行圈数,具体公式为:或/和
其中,表示无人机在模式1下的最优飞行圈数, 和 分别表示在飞行圈数n为非整数圈数限制下无人机在模式1下的飞行时间、飞行速度和飞行半径。