面向用户移动场景的无人机中继功率分配与轨迹设计

来源：电子与信息学报杂志2024年第5期北京时间：

作者：颜志, 陆元媛, 丁聪, 何代钰, 欧阳博, 杨亮, 王耀南

单位：1.湖南大学电气与信息工程学院 长沙 4100822.湖南大学信息科学与工程学院 长沙 410082

摘要：在无人机(UAV)中继通信中，中继无人机的通信资源分配与运动规划是需要重点解决的问题。为了提升无人机中继通信系统的通信效率，该文提出一种基于近端策略优化算法的无人机中继功率分配与轨迹设计联合规划方法。该方法将用户移动场景下无人机中继功率分配与轨迹设计联合规划问题建模为马尔可夫决策过程，考虑用户位置信息获取不精确的情形，在满足用户中断概率约束的前提下，以中继通信系统的吞吐量最大为优化目标设置奖励函数，采用一种收敛速度较快的深度强化学习算法——近端策略优化算(PPO)法求解，实现中继无人机飞行轨迹优化和中继发射功率合理有效分配。仿真实验结果表明，针对用户随机移动的无人机中继通信场景，该文所提方法与基于随机策略和传统深度确定性策略梯度(DDPG)的方法相比，系统吞吐量分别提升22%和15%。结果表明，所提方法能够有效地提高系统的通信效率。

关键词：无人机通信, 用户随机移动, 无人机轨迹设计, 功率分配, 通信效率, 近端策略优化

基金资助：国家重点研发计划(2021YFC1910402)，湖南省自然科学基金面上项目(2024JJ5090)