基于定時(shí)機(jī)制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于定時(shí)機(jī)制的全局最優(yōu)中繼位置 搜尋方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通信中繼用來轉(zhuǎn)發(fā)不同的節(jié)點(diǎn)之間發(fā)出的信息，擴(kuò)大了通信范圍，提高了通信系 統(tǒng)的性能。陸地?zé)o線電通信很容易被障礙物遮擋和屏蔽，飛機(jī)、衛(wèi)星及無人機(jī)（Unmanned AerialVehicles，UAVs)可以充當(dāng)通信中繼，因?yàn)闄C(jī)載中繼可以在崎岷的山區(qū)或市區(qū)有效 地為需要相互通信的雙方建立起連接。近年來，使用無人機(jī)作為通信中繼的問題已吸引不 少學(xué)者的關(guān)注和研究，同時(shí)其應(yīng)用也十分廣泛。
[0003] 現(xiàn)有的應(yīng)用于移動(dòng)中繼位置搜尋的算法主要有：如圖la，基于GPS去測(cè)量源端（S) 和目的端（D)的位置信息，移動(dòng)中繼再利用該信息去搜尋最佳中繼位置；基于擾動(dòng)的極值 搜索控制（ExtremumSeekingControl，ESC)算法；如圖lb，基于機(jī)載多天線的算法?，F(xiàn) 有的移動(dòng)中繼位置搜尋算法都可以使移動(dòng)中繼找到最佳的中繼位置，但是這些算法的適用 范圍也存在一定的不足和缺陷，主要體現(xiàn)在：（1)源端（S)和目的端（D)都需要GPS來測(cè)量 自身的位置并將該位置信息告知移動(dòng)中繼，也就是說，在這樣的中繼通信系統(tǒng)中，源端（S)、 目的端（D)和移動(dòng)中繼三者都需要依賴GPS，而依賴于GPS容易受到攻擊，也可能遭受GPS 欺騙或干擾而導(dǎo)致中繼通信失敗，更重要的是，在很多特殊情況下通信雙方?jīng)]有GPS功能 或者GPS設(shè)備已損壞，如自然災(zāi)害導(dǎo)致GPS設(shè)備損壞。（2)使用機(jī)載多天線對(duì)信號(hào)到達(dá)角 (D0A)進(jìn)行估計(jì)來搜尋最佳中繼位置，容易出現(xiàn)估計(jì)誤差，且增加了無人機(jī)通信設(shè)備的復(fù)雜 度和算法復(fù)雜度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于定時(shí)機(jī)制的全局最優(yōu)中繼位置搜 尋方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有移動(dòng)中繼在中繼位置尋找過程中依賴GPS，使用機(jī)載天線容易 導(dǎo)致估計(jì)誤差的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于定時(shí)機(jī)制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋方法，步驟包 括：
[0006] 步驟A，單個(gè)移動(dòng)中繼位于測(cè)試場(chǎng)所的固定高度平面內(nèi)的任意位置開始測(cè)試，以起 始位置為初始化位置，將所述初始化位置記錄為已知最佳位置并存在移動(dòng)中繼的內(nèi)存中， 然后接收來自源端發(fā)送的測(cè)試信號(hào)并進(jìn)行放大，將放大的測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至目的端，目的端 計(jì)算第一次接收到的信號(hào)通信性能，并將所述第一次接收到的信號(hào)通信性能記錄為已知最 佳通信性能保存在目的端的內(nèi)存中；
[0007] 步驟B，目的端根據(jù)每次接收到的信號(hào)計(jì)算通信性能，并根據(jù)計(jì)算的通信性能與保 存的已知最佳接收信號(hào)通信性能的比較結(jié)果生成單比特信息反饋至所述移動(dòng)中繼；所述單 比特信息包括性能是否提高的信息，所述已知最佳接收信號(hào)通信性能為已測(cè)試的最好通信 性能；
[0008] 步驟C，所述移動(dòng)中繼根據(jù)反饋的單比特信息計(jì)算下一時(shí)刻位置并移動(dòng)至該下一 時(shí)刻位置，然后接收來自源端發(fā)送的測(cè)試信號(hào)并進(jìn)行放大，將放大的測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至目的 端，重復(fù)步驟B-C，直至找到全局最優(yōu)中繼位置。
[0009] 進(jìn)一步地，步驟B中，目的端根據(jù)接收的信號(hào)計(jì)算通信性能，然后將所述通信性能 與自身內(nèi)存保存的已知最佳接收信號(hào)的通信性能進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果更新內(nèi)存中保存 的已知最佳接收信號(hào)的通信性能，并生成單比特信息反饋至所述移動(dòng)中繼。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟C具體包括：
[0011] 步驟C1，所述移動(dòng)中繼根據(jù)反饋的單比特信息計(jì)算下一時(shí)刻位置并移動(dòng)至該下一 時(shí)刻位置，接收來自源端發(fā)射的測(cè)試信號(hào)并放大轉(zhuǎn)發(fā)至目的端，然后返回步驟B，繼續(xù)進(jìn)行 第一階段位置搜尋，直至確定第一階段最佳中繼位置然后結(jié)束第一階段位置搜尋；
[0012] 步驟C2,第一階段位置搜尋結(jié)束之后，移動(dòng)中繼以所述第一階段最佳中繼位置為 起點(diǎn)開始進(jìn)行第二階段位置搜尋，直至確定第二階段最佳中繼位置，所述第二階段最佳中 繼位置即為最終的在固定高度平面內(nèi)的全局最優(yōu)中繼位置。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟C1具體包括：
[0014] 步驟C11，所述移動(dòng)中繼記錄其已知最佳位置，并設(shè)置第一階段搜尋時(shí)間閾值，所 述已知最佳位置用& (η)表示，η表示第η個(gè)時(shí)隙；
[0015] 步驟C12,所述移動(dòng)中繼根據(jù)第一擾動(dòng)步長計(jì)算下一時(shí)刻位置并移動(dòng)到該下一時(shí) 刻位置，接收來自源端發(fā)射的測(cè)試信號(hào)并放大轉(zhuǎn)發(fā)至目的端，返回步驟Β;
[0016] 以咧（》+1)表示所述下一時(shí)刻位置，以^表示所述第一擾動(dòng)步長，貝1J: 灼+I) = (α) +Δ,.,所述第一擾動(dòng)步長的初始值預(yù)設(shè)為Δχ=(X。，〇, 〇);
[0017] 步驟C13,目的端計(jì)算新的接收信號(hào)的通信性能，根據(jù)計(jì)算出的通信性能與保存的 已知最佳接收信號(hào)的通信性能進(jìn)行比較，若新的通信性能優(yōu)于已知最佳接收信號(hào)的通信性 能，則將所述新的接收信號(hào)的通信性能保存為已知最佳接收信號(hào)的通信性能，然后目的端 反饋單比特信息給所述移動(dòng)中繼；若新的通信性能比已知最佳接收信號(hào)的通信性能差，則 保存的已知最佳接收信號(hào)的通信性能不變，然后目的端反饋單比特信息給所述移動(dòng)中繼；
[0018] 步驟C14,所述移動(dòng)中繼對(duì)所述單比特信息進(jìn)行判斷；
[0019] 步驟C15,在判斷為接收信號(hào)性能提升時(shí)，將連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零，更新保存的 已知最佳中繼位置，并判斷是否結(jié)束第一階段位置搜尋；
[0020] 步驟C16,在判斷為接收信號(hào)性能未提升時(shí)，移動(dòng)中繼返回上一時(shí)隙的位置，同時(shí) 連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器加1，第一擾動(dòng)步長修改為上一時(shí)隙的第一擾動(dòng)步長的相反數(shù)，并判斷連 續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器是否達(dá)到預(yù)設(shè)的連續(xù)負(fù)反饋閾值；所述連續(xù)負(fù)反饋閾值設(shè)定為2;
[0021] 步驟C17,若判斷步驟C16中的連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)設(shè)的連續(xù)負(fù)反饋閾值，則 連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零并減小第一擾動(dòng)步長，然后判斷是否結(jié)束第一階段位置搜尋；
[0022] 步驟C18,若所述移動(dòng)中繼的搜尋時(shí)間大于或者等于預(yù)設(shè)的第一階段搜尋時(shí)間 閾值，則結(jié)束第一階段位置搜尋，并將保存的已知最佳中繼位置作為第一階段最佳中繼位 置；
[0023] 若所述移動(dòng)中繼的搜尋時(shí)間小于預(yù)設(shè)的第一階段搜尋時(shí)間閾值，則返回步驟C12 繼續(xù)搜尋。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟C2具體包括：
[0025] 步驟C21，移動(dòng)中繼根據(jù)所述第一階段最佳中繼位置為起點(diǎn)，并設(shè)置第二階段搜尋 時(shí)間閾值；
[0026] 步驟C22,所述移動(dòng)中繼根據(jù)第二擾動(dòng)步長計(jì)算下一時(shí)刻位置并移動(dòng)到該下一時(shí) 刻位置，繼續(xù)接收來自源端發(fā)射的測(cè)試信號(hào)并放大轉(zhuǎn)發(fā)至目的端；
[0027] 以％ (" + 1)表示下一時(shí)刻位置，以R2 (η)表示已知最佳中繼位置，Ay表示第 二擾動(dòng)步長Ay，則：％(? + 1) =Λ\(?) +Δ,,:，所述第二擾動(dòng)步長的初始值預(yù)設(shè)為Ay = (〇,y〇, 〇)；
[0028] 步驟C23,目的端計(jì)算新的接收信號(hào)的通信性能，根據(jù)計(jì)算出的通信性能與保存的 已知最佳接收信號(hào)的通信性能進(jìn)行比較，若新的通信性能優(yōu)于已知最佳接收信號(hào)的通信性 能，則將所述新的接收信號(hào)的通信性能保存為已知最佳接收信號(hào)的通信性能，然后目的端 反饋單比特信息給所述移動(dòng)中繼；若新的通信性能比已知最佳接收信號(hào)的通信性能差，則 保存的已知最佳接收信號(hào)的通信性能不變，然后目的端反饋單比特信息給所述移動(dòng)中繼；
[0029] 步驟C24,所述移動(dòng)中繼對(duì)所述單比特信息進(jìn)行判斷；
[0030] 步驟C25,在判斷為接收信號(hào)性能提升時(shí)，將連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零，更新保存的 已知最佳中繼位置，并判斷是否結(jié)束第二階段位置搜尋；
[0031] 步驟C26,在判斷為接收信號(hào)性能未提升時(shí)，移動(dòng)中繼返回上一時(shí)隙的位置，同時(shí) 連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器加1，第二擾動(dòng)步長修改為上一時(shí)隙的第二擾動(dòng)步長的相反數(shù)，并判斷連 續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器是否達(dá)到預(yù)設(shè)的連續(xù)負(fù)反饋閾值；所述連續(xù)負(fù)反饋閾值設(shè)定為2;
[0032] 步驟C27,若判斷步驟C26中的連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)設(shè)的連續(xù)負(fù)反饋閾值，則 連續(xù)負(fù)反饋計(jì)數(shù)器清零并減小第二擾動(dòng)步長，然后判斷是否結(jié)束第二階段位置搜尋；
[0033] 步驟C28,若所述移動(dòng)中繼的搜尋時(shí)間大于或者等于預(yù)設(shè)的第二階段搜尋時(shí)間閾 值，則結(jié)束第二階段位置搜尋，并將保存的已知最佳中繼位置作為第二階段的最佳中繼位 置，所述第二階段的最佳中繼位置即為最終的在固定高度平面內(nèi)的全局最優(yōu)中繼位置； [0034] 若所述移動(dòng)中繼的搜尋時(shí)間小于等于預(yù)設(shè)的第二階段搜尋時(shí)間閾值，則返回步驟 C22〇
[0035] 本發(fā)明還提供了一種基于定時(shí)機(jī)制的全局最優(yōu)中繼位置搜尋系統(tǒng)，包括源端、單 個(gè)移動(dòng)中繼和目的端；
[0036] 所述源端，用于發(fā)送測(cè)試信號(hào)至所述移動(dòng)中繼；
[0037] 所述移動(dòng)中繼，用于移動(dòng)中繼位于測(cè)試場(chǎng)所的固定高度平面內(nèi)的任意位置開始測(cè) 試，以起始位置為初始化位置，將所述初始化位置記錄為已知最佳位置并存在自身的內(nèi)存 中，然后接收來自源端發(fā)送的測(cè)試信號(hào)并進(jìn)行放大，將放大的測(cè)試信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至目的端；