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专利号: 2022111445145
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2026-01-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种圆形轨迹下全双工固定翼无人机中继系统的优化方法,其特征在于,该优化方法为利用源节点和目的节点的位置信息,根据源节点须要发送给目的节点的数据量大小,对无人机的飞行半径、飞行速度和飞行时间进行优化调整,在符合无人机飞行速度限制和水平转弯倾斜角限制下,以及满足系统发送数据量要求的条件下,使无人机飞行能耗最小化;

所述飞行半径的优化调整公式为:

其中,Q是源节点S须要发送给目的节点D的数据量,β表示在1m距离情况下的信道增益参考值,PS是S的发射功率,PR是R的发射功率,H是无人机中继R的飞行高度,r是无人机中继R的圆形飞行轨迹半径,L是S与D之间的距离,σ2是R和D节点处的高斯白噪声的方差,g表示重力加速度,Vmin是无人机的最小飞行速度,e是自然常数,c1=ηCD0B/2、c2=2W2/[(πe0AR)ηB],η表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,B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;

该公式通过黄金分割一维搜索算法进行求解;

所述飞行速度的优化调整公式为:

其中,v是无人机中继R的飞行速度,r是无人机中继R的圆形飞行轨迹半径,g表示重力加速度,c1=ηCD0B/2、c2=2W2/[(πe0AR)ηB],η表示空气密度,CD0表示零升力阻力系数,B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;

所述飞行时间的优化调整公式为:

其中,Q是源节点S须要发送给目的节点D的数据量,T为完成Q数据量转发的时间,β表示在1m距离情况下的信道增益参考值,PS是S的发射功率,PR是R的发射功率,H是无人机中继R的飞行高度,r是无人机中继R的圆形飞行轨迹半径,L是S与D之间的距离,σ2是R和D节点处的高斯白噪声的方差,e是自然常数;

该优化方法包括以下步骤:

S1、利用一维搜素算法求解所述飞行半径的优化调整公式,得到无人机最优飞行半径r*;

S2、将r*分别代入所述飞行速度的优化调整公式和所述飞行时间的优化调整公式,求得无人机最优飞行速度v*和无人机最优飞行时间T*;

S3、将优化调整的无人机最优飞行速度v*与无人机最小飞行速度Vmin和最大飞行速度Vmax进行比较;其中,若Vmin≤v*≤Vmax则跳转到以下步骤S7;

S4、若v*

S5、若v*>Vmax,则修改最优飞行速度,令v*=Vmax;

S6、将v*作为v代入以下公式获得修改后的最优飞行半径r*:

将修改后的最优飞行半径r*作为r代入所述飞行时间的优化调整公式获得修改后的最优飞行时间T*;

S7、输出最优飞行速度v*、最优飞行半径r*和最优飞行时间T*。