1.一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,包括:无人机从给定起点出发,同时向地面上多个用户传输能量,获得相关信道参数;构建非线性能量收集模型,得到用户处的接收功率,并计算所有用户的平均接收总能量;以最大化平均接收总能量为目标,以最大速度约束、起点和终点约束、最大功率约束和总可用能量约束为约束条件,构建无人机轨迹和发射功率的联合优化模型;通过拉格朗日对偶法,在无人机满足能量预算和功率上限的情况下最大化平均接收总能量,获得最优发射功率控制方案;对给定的拉格朗日乘子,求解对应拉格朗日乘子下的最优无人机轨迹;设计最优拉格朗日乘子,并求解联合优化模型得到最优无人机轨迹和发射功率方案;所述非线性能量收集模型为: ; ;式中, 为 时刻用户 处的接收功率; 为关于射频接收信号功率 的非线性函数; 为二极管上的输出电流; 为 时刻用户 处的射频接收信号功率; 为负载电阻; 、 为无人机在 时刻高度 的水平位置; 为无人机在 时刻的发射功率; 为参考距离为1m时的信道增益; 为用户 的水平位置; 为无人机最低飞行高度。
2.根据权利要求1所述的一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,所述无人机轨迹和发射功率的联合优化模型为: ;式中, 为用户总数量; 为 时刻用户 处的接收总能量; 为无人机水平位置的一阶导; 为无人机的最大速度; 和 分别为无人机设定的起点和终点的水平位置; 为能量预算; 为无人机任务周期; 为无人机最大发射功率。
3.根据权利要求2所述的一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,所述 时刻用户 处的接收总能量为: ;式中, 为无人机任务周期。
4.根据权利要求3所述的一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,所述通过拉格朗日对偶法,在无人机满足能量预算和功率上限的情况下最大化平均接收总能量,获得最优发射功率控制方案,包括:构建如下拉格朗日函数: ;式中, 为拉格朗日乘子;拉格朗日对偶函数 为: ;最优发射功率根据下式求解: ;定义目标函数为 ,可得一阶导数为: ;式中, 为 时刻无人机到用户 的距离;一阶导数为零的点设为 ,满足: ;对于给定拉格朗日乘子 ,计算最优发射功率为: ;式中, 为最优发射功率; 为无人机最大发射功率。
5.根据权利要求4所述的一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,所述对给定的拉格朗日乘子,求解对应拉格朗日乘子下的最优无人机轨迹,包括:通过机械等效法将拉格朗日对偶函数等效为: ;式中, 为势能场; 为绳索形状; 为绳索密度; 为最小线密度约束; 为绳索质量; 为绳索总长度; ;式中, 和 为等效对应接收功率 和最优发射功率 ; 为点 到用户 的水平位置的距离;采用标量势函数的负梯度来描述势能场中的力场: ;式中, 为势能场中的力场;最优绳索形状下,从无人机起点 到 的部分 , 轴合力为0,表达式分别为: ; ;式中, 为最优绳初始张力; 为初始绳张力夹角的最优解; 为力场在 轴方向上的分量; 为力场在 轴方向上的分量; 为最优绳索形状; 为表征引力与初始绳张力在 轴方向的投影的和; 为表征引力与初始绳张力在 轴方向的投影的和; 为绳索内部张力;最优绳索形状 为: ; ;式中, 为无人机飞行的起点位置;根据 ,最优无人机轨迹 由最优绳索形状 表示为: 。
6.根据权利要求4所述的一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计方法,其特征在于,最优拉格朗日乘子 的设计方法为:当 时, ;当 时,从 的可行区间开始,以 为中点重复求解最优发射功率 ,并根据 重复缩短区间,直到 时得到最优拉格朗日乘子 。
7.一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计装置,其特征在于,该装置应用于权利要求1-6任一项所述的方法,所述装置包括:参数获取模块,用于无人机从给定起点出发,同时向地面上多个用户传输能量,获得相关信道参数;平均接收总能量计算模块,用于构建非线性能量收集模型,得到用户处的接收功率,并计算所有用户的平均接收总能量;联合优化模型构建模块,用于以最大化平均接收总能量为目标,以最大速度约束、起点和终点约束、最大功率约束和总可用能量约束为约束条件,构建无人机轨迹和发射功率的联合优化模型;最优发射功率获取模块,用于通过拉格朗日对偶法,在无人机满足能量预算和功率上限的情况下最大化平均接收总能量,获得最优发射功率控制方案;最优无人机轨迹获取模块,用于对给定的拉格朗日乘子,求解对应拉格朗日乘子下的最优无人机轨迹;联合优化模型求解模块,用于设计最优拉格朗日乘子,并求解联合优化模型得到最优无人机轨迹和发射功率方案。
8.一种多用户无线电力传输网络中的无人机轨迹设计设备,其特征在于,包括存储器和处理器;所述存储器,用于存储计算机程序代码,并将所述计算机程序代码传输给所述处理器;所述处理器,用于根据所述计算机程序代码中的指令执行如权利要求1至6任一项所述的方法。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的方法。