本技術(shù)涉及通信資源分配領(lǐng)域，特別是涉及一種干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、由于無(wú)人機(jī)(unmanned?aerial?vehicles，uav)具有成本低、靈活性強(qiáng)以及空地信道傳輸特性好等優(yōu)點(diǎn)，利用uav作為移動(dòng)中繼來(lái)輔助無(wú)線通信在近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。多無(wú)人機(jī)(multi?unmanned?aerial?vehicle，muav)中繼網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的理想輔助工具，尤其是面對(duì)應(yīng)急通信場(chǎng)景中電磁用頻設(shè)備復(fù)雜、頻譜資源短缺等問(wèn)題，uav能夠通過(guò)快速靈活部署來(lái)恢復(fù)區(qū)域通信能力。與傳統(tǒng)的靜態(tài)中繼相比，移動(dòng)中繼通信通過(guò)精心設(shè)計(jì)uav軌跡，為提高性能提供了新的自由度。由于uav成本的不斷降低以及通信設(shè)備的微型化，高移動(dòng)性無(wú)線中繼的實(shí)際部署比以往任何時(shí)候都更加可行。首先，uav中繼通信系統(tǒng)的成本效益更高，部署也更迅速，因此特別適用于突發(fā)或臨時(shí)事件，如應(yīng)急響應(yīng)、軍事行動(dòng)等。此外，uav中繼通信的高移動(dòng)性為通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整位置以最佳適應(yīng)通信環(huán)境來(lái)提高性能提供了新的機(jī)會(huì)，這種技術(shù)尤其適用于周期性傳感、大數(shù)據(jù)上傳/下載等容時(shí)應(yīng)用。

2、noma(non-orthogonal?multiple?access)技術(shù)是一種新型的多址接入技術(shù)，主要用于提高無(wú)線通信系統(tǒng)的頻譜效率和用戶(hù)體驗(yàn)。它允許多個(gè)用戶(hù)同時(shí)共享同一個(gè)頻段，并通過(guò)編碼和調(diào)制技術(shù)使得不同用戶(hù)的信號(hào)在頻域和時(shí)間域上重疊，但仍能被接收端分離和解碼。將noma技術(shù)應(yīng)用到muav中繼通信中，是muav中繼通信的一個(gè)重要的研究趨勢(shì)?，F(xiàn)有一文獻(xiàn)(dang?v-h,nguyen?l-m-d,vo?v?n,et?al.throughput?optimization?for?nomaenergy?harvesting?cognitive?radio?with?multi-uav-assisted?relaying?undersecurity?constraints[j].ieee?transactions?on?cognitive?communications?andnetworking,2023,9(1):82–98)分析了使用多天線uav輔助noma中繼系統(tǒng)來(lái)支持多個(gè)用戶(hù)對(duì)之間的有限塊長(zhǎng)通信，考慮到視距概率、通信環(huán)境和無(wú)人機(jī)速度的影響，推導(dǎo)出所研究的多天線uav輔助noma中繼系統(tǒng)的平均塊誤碼率、吞吐量的精確和漸近閉式表達(dá)式。另一文獻(xiàn)(hu?h,an?q,huang?y,et?al.resource?optimization?for?energy-efficient?noma-based?multi-uav-enabled?relaying?networks[j].iet?communications,2023,17(11):1288-1299)研究了在有muav輔助中繼的情況下，基于noma的認(rèn)知無(wú)線電系統(tǒng)在系統(tǒng)性能和安全約束條件下的吞吐量。而另一文(chen?r,cheng?w,ding?y,et?al.qos-guaranteedmulti-uav?coverage?scheme?for?iot?communications?with?interference?management[j].ieee?internet?of?things?journal,2024,11(3):4116-4126.)為了提高uav中繼系統(tǒng)的能效，在基于noma的多無(wú)人機(jī)中繼系統(tǒng)中，提出了一個(gè)在信息因果關(guān)系約束、無(wú)人機(jī)最大服務(wù)能力、最大發(fā)射功率約束以及移動(dòng)用戶(hù)不同通信速率要求的約束下，用戶(hù)分組、無(wú)人機(jī)軌跡設(shè)計(jì)和資源分配的優(yōu)化問(wèn)題。

3、由于頻譜資源的有限性和用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量需求的差異性，對(duì)muav中繼通信的軌跡和資源優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。具有干擾管理功能并保證服務(wù)質(zhì)量的muav覆蓋方案決定了uav的部署和頻譜資源分配，以覆蓋所有具有不同服務(wù)質(zhì)量要求的地面用戶(hù)。一種利用現(xiàn)代投資組合理論的彈性無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化帶寬分配、無(wú)人機(jī)與用戶(hù)關(guān)聯(lián)以及無(wú)人機(jī)軌跡來(lái)增強(qiáng)整體服務(wù)的穩(wěn)定性，在總速率和用戶(hù)速率波動(dòng)之間取得更好的平衡。一種muav聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃和頻譜資源優(yōu)化算法，使用改進(jìn)的遺傳算法結(jié)合連續(xù)凸近似來(lái)解決任務(wù)規(guī)劃子問(wèn)題，應(yīng)用塊坐標(biāo)下降方法來(lái)實(shí)現(xiàn)任務(wù)規(guī)劃、信道分配和功率控制的最優(yōu)策略。muav作為空中基站為地面用戶(hù)提供通信服務(wù)的場(chǎng)景，為確保用戶(hù)通信的公平性，其中考慮了頻譜復(fù)用和同信道干擾管理，提出了一種優(yōu)化最大-最小平均速率的方法，并采用交替優(yōu)化法對(duì)用戶(hù)關(guān)聯(lián)、子信道分配和功率分配進(jìn)行迭代優(yōu)化，直至收斂，有效提高了傳輸速率，并確保用戶(hù)通信的公平性。

4、在干擾環(huán)境下muav中繼，一種技術(shù)研究了存在潛在干擾器的情況下muav被用來(lái)與一組地面終端進(jìn)行通信。通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化無(wú)人飛行器的軌跡、地面終端的調(diào)度和功率分配，最大限度地提高整個(gè)地面終端的吞吐量。一種技術(shù)考慮加權(quán)總吞吐量目標(biāo)函數(shù)，在總吞吐量性能和用戶(hù)公平性之間實(shí)現(xiàn)各種權(quán)衡。一種技術(shù)探討了noma無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在同信道干擾情況下的muav部署問(wèn)題，考慮到uav是下行鏈路通信的空中基站，通過(guò)聯(lián)合優(yōu)化用戶(hù)功率分配和uav位置，最大限度地提高能效和覆蓋率。一種技術(shù)研究的重點(diǎn)是noma接入場(chǎng)景中，有中繼器支持和沒(méi)有中繼器支持的上行鏈路性能，并為應(yīng)對(duì)與干擾攻擊相關(guān)的不確定環(huán)境，提出了一種強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法提升鏈路性能。

5、由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，針對(duì)干擾環(huán)境下基于noma的muav服務(wù)能力的研究還相對(duì)較少，尤其是如何使uav能夠在有限的時(shí)間內(nèi)通過(guò)對(duì)資源聯(lián)合優(yōu)化最大限度的提高服務(wù)能力并盡可能的保證服務(wù)的公平性，是當(dāng)前需要研究解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)，能夠提高服務(wù)能力以及服務(wù)的公平性，并能夠提升通信總的吞吐量。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法，所述干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法包括：

4、構(gòu)建干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)中繼通信模型；所述干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)中繼通信模型中包括無(wú)人機(jī)集合、地面用戶(hù)集合、信道集合以及干擾機(jī)；無(wú)人機(jī)進(jìn)行集中式頻譜資源管理，并與各信道與地面用戶(hù)進(jìn)行匹配；地面用戶(hù)采用noma技術(shù)接入信道；所述干擾機(jī)以固定功率發(fā)射干擾信號(hào)；

5、建立以無(wú)人機(jī)懸停時(shí)間與路徑點(diǎn)最大距離為限制，以無(wú)人機(jī)的路徑、地面用戶(hù)匹配、信道分配以及功率分配為聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)，并引入吞吐量占比系數(shù)，建立平衡公平性與吞吐量的目標(biāo)函數(shù)；

6、根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，采用冠豪豬算法與kuhn-munkres算法相結(jié)合的優(yōu)化方法，得到無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果。

7、第二方面，本技術(shù)提供了一種干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化設(shè)備，所述干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化設(shè)備包括：

8、模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)中繼通信模型；所述干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)中繼通信模型中包括無(wú)人機(jī)集合、地面用戶(hù)集合、信道集合以及干擾機(jī)；無(wú)人機(jī)進(jìn)行集中式頻譜資源管理，并與各信道與地面用戶(hù)進(jìn)行匹配；地面用戶(hù)采用noma技術(shù)接入信道；所述干擾機(jī)以固定功率發(fā)射干擾信號(hào)；

9、目標(biāo)函數(shù)建立模塊，用于建立以無(wú)人機(jī)懸停時(shí)間與路徑點(diǎn)最大距離為限制，以無(wú)人機(jī)的路徑、地面用戶(hù)匹配、信道分配以及功率分配為聯(lián)合優(yōu)化目標(biāo)，并引入吞吐量占比系數(shù)，建立平衡公平性與吞吐量的目標(biāo)函數(shù)；

10、匹配模塊，用于根據(jù)目標(biāo)函數(shù)，采用冠豪豬算法與kuhn-munkres算法相結(jié)合的優(yōu)化方法，得到無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化結(jié)果。

11、第三方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)所述的干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法。

12、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述的干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法。

13、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實(shí)施例，本技術(shù)公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

14、本技術(shù)提供了一種干擾環(huán)境下多無(wú)人機(jī)軌跡與功率聯(lián)合優(yōu)化方法、設(shè)備及介質(zhì)，通過(guò)目標(biāo)函數(shù)將無(wú)人機(jī)懸停時(shí)間與路徑點(diǎn)飛行時(shí)間進(jìn)行限制，采用冠豪豬優(yōu)化器將uav軌跡與路徑點(diǎn)進(jìn)行近似擬合；通過(guò)uav個(gè)體位置信息和地面用戶(hù)位置信息，利用kuhn-munkres匹配獲得uav與地面用戶(hù)、信道的最大權(quán)匹配；通過(guò)優(yōu)化路徑點(diǎn)的方法優(yōu)化uav的飛行軌跡，并在確保所有地面用戶(hù)總的吞吐量的情況下提高了地面用戶(hù)的公平性。本技術(shù)提高服務(wù)能力以及服務(wù)的公平性，并能夠提升通信總的吞吐量。