基于连续负反馈变步长的最佳中继位置搜寻方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信技术领域，尤其设及基于连续负反馈变步长的最佳中继位置捜寻 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 通信中继可W用来转发不同的节点之间发出的信息，扩大了通信范围，提高了通 信系统的性能。
[0003] 陆地无线电通信容易被障碍物遮挡和屏蔽，飞机、卫星及无人机化VAs)可W充当 通信中继，因为机载中继可W在崎帳的山区或者市区有效地为需要互相通信的双方建立起 连接。运些年来，使用无人机作为通信中继的问题已经吸引不少学者的关注和研究，同时其 应用也十分广泛。
[0004] 现有的应用于无人机中继位置捜寻的算法主要有:利用GPS测量地面通信单元的 位置信息并被无人机利用捜寻最佳中继位置;基于扰动的极值捜索控制算法，基于机载多 天线的算法等等。现有的无人机中继位置捜寻算法，在各自的基础上都可W使无人机找到 最佳的中继位置，但是运些算法或适用范围也存在一定的不足和缺陷，主要体现在：
[0005] 1、地面通信单元需要利用自身的GI^功能测量自己的位置信息并把该信息发送给 无人机，依赖GPS功能容易受到攻击和干扰而导致位置捜寻失败；
[0006] 2、对于没有GI^功能或者GI^设备已损坏的地面通信单元，现有的一些算法是无法 使用的，因此，现有的算法的使用受限；
[0007] 3、机载多天线相比于单天线增加了无人机的复杂性，且不可避免的会有角度估计 误差，同时也增加了算法的复杂性。
【发明内容】
[000引本发明实施例提供了一种基于连续负反馈变步长的最佳中继位置捜寻方法及系 统，用于解决现有技术中须获知源端和目的端的位置信息才能够确定中继位置带来的使用 受限和误差大等问题。
[0009] 本发明实施例提供的基于连续负反馈变步长的最佳中继位置捜寻方法，包括：
[0010] 步骤A，移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端；
[0011] 步骤B，所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信 性能包括:信噪比和误码率，并根据计算结果与已保存的已知最佳中继位置的通信性能进 行比较，W及生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与 已保存的已知最佳中继位置的通信性能的比较结果，所述已知最佳中继位置为已测试的通 信性能最好的位置；
[0012] 步骤C，所述移动中继记录当前位置信息，并根据所述一比特信息及随机扰动步长 和修正因子移动到下一个位置，并返回步骤A，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继 位置为:在预设的捜寻时长内通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固 定轨道时通信性能最好的位置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0013] 本发明实施例提供的基于连续负反馈变步长的最佳中继位置捜寻系统，包括：
[0014] 所述捜寻系统包括移动中继、源端和目的端；
[0015] 其中，所述移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自所述源端发送的测试信 号，并放大转发至所述目的端；
[0016] 所述目的端接收所述移动中继发来的信号并计算本次通信性能，所述通信性能包 括:信噪比和误码率，并根据计算结果与已保存的已知最佳中继位置的通信性能进行比较， W及生成一比特信息反馈至所述移动中继，所述一比特信息表示当前通信性能与已保存的 已知最佳中继位置的通信性能的比较结果，所述已知最佳中继位置为已测试的通信性能最 好的位置；
[0017] 所述移动中继记录当前位置信息，并根据所述一比特信息、随机扰动步长和修正 因子移动到下一个位置，并再次执行接收来自所述源端发送的测试信号，并放大转发至所 述目的端的步骤，直至最终确定最佳中继位置，所述最佳中继位置为:在预设的捜寻时长内 通信性能最好的位置，或者，所述移动中继移动完整个所述固定轨道时通信性能最好的位 置，或者，所述通信性能满足系统设定要求的位置。
[0018] 从W上技术方案可W看出，本发明实施例具有W下优点：通过移动中继接收测试 信号，并发送给目的端进行当前位置和已知最佳中继位置的通信性能的计算和比较，根据 目的端反馈的比较结果W及随机扰动步长和修正因子，移动到下一个中继位置，并返回执 行移动中继接收信号的步骤，通过循环上述的过程使得移动中继能够在基于步长不断移动 到下一个中继位置的过程中，逐渐接近最佳中继位置，并确定最佳中继位置，该方法可提高 中继通信的性能，且无需获得源端和目的端的位置信息，无需多天线，且只需要目的端反馈 一比特信息给移动中继进行捜寻控制，依然可在预定轨迹范围内确定最佳中继位置点，扩 大了适用范围。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例中最佳中继位置确定系统的通信模型的示意图；
[0020] 图2为本发明实施例中基于连续负反馈变步长的移动中继最佳中继位置捜寻方法 的流程的一个示意图；
[0021] 图3为本发明实施例中移动中继的移动角度与信号的信噪比的对应关系的仿真 图；
[0022] 图4为本发明实施例中时隙数与信噪比的对应关系的仿真图；
[0023] 图5为本发明实施例中W误码率确定最佳中继位置时，移动角度与信噪比之间的 对应关系的仿真图；
[0024] 图6为本发明实施例中W误码率确定最佳中继位置时，时隙数与误码率之间的对 应关系的仿真图。
[0025] 图7为本发明实施例中基于连续负反馈变步长的移动中继最佳中继位置捜寻系统 的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，W下结合 附图及较佳实施例，对依据本发明的【具体实施方式】、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0027] 请参阅图1，为本发明实施例中最佳中继位置确定系统的通信模型的实施例，包 括:源端，移动中继及目的端。
[0028] 在图1中，Ri表示移动中继，S表示源端，D表示目的端。
[0029] 其中，源端和目的端可W是两个不同的地面通信单元，该地面通信单元可W是各 种类型的无线通信收发设备，例如可W是手机、终端、基站等等，或者还可W是其他移动中 继。
[0030] 在本发明实施例中，是W源端作为信号发射端，目的端作为信号接收端为例进行 描述的，在实际应用中，源端和目的端均可W作为信号发射端和信号接收端。
[0031 ] 如图1所示，在=维坐标系中移动中继采用的柱坐标系的参数，且其坐标为(r，0， Z)，其中r为移动中继在xoy平面上的运动半径，即Ri\0表示柱坐标的原点。
[0032] 移动中继运行是有固定轨道的，它沿着预定轨道Wr为半径进行运动，因此，在本 发明实施例中，是在Wr为半径构成的圆上寻找移动中继的最佳中继位置。其中，0为从正Z 轴来看自X轴逆时针方向转到OR/所转过的角，Z则表示移动中继的高度。
[0033] 在本发明实施例中，移动中继在第t时隙的坐标为(r，0(t)，z)，在第t+l时隙的坐 标为(r，0(t+l)，z)。
[0034] 其中，柱坐标系(r，0，z)与空间直角坐标系(x，y，z)的转换关系如下： x-rcm$
[0035] 少'=rsi:n# .否=.'么
[0036] 在第t时隙，移动中继(r，0 (t)，Z)离源端(Xs，ys，Zs)及目的端(Xd，yd，Zd)的通信距 离分别是：
[0038] 其中，山表示移动中继与源端之间的通信距离，Cb表示移动中继与目的端之间的通 信距离。
[0039] 需要说明的是，=维坐标系中的原点是固定的，因此，可W确定移动中继的运动轨 迹的半径和高度。下面将详细描述本发明实施例中基于连续负反馈变步长的最佳中继位置 捜寻方法的实施例，请参阅图2，包括：
[0040] 步骤A、移动中继在固定轨道的任意位置上，接收来自源端发送的测试信号，并放 大转发至目的端。
[0041] 在第t时隙，源端将向移动中继发送用于测试通信性能的测试信号，且移动中继在 接收到该测试信号之后将对该测试信号进行放大，并将放大后得到的信号转发给目的端， 需要说明的是，由于信号在传输过程中存在衰减及噪声，源端发送的测试信号，与移动中继 接收到的测试信号不是完全一样的，且移动中继在接收到测试信号之后，还将对接收到的 测试信号进行放大处理，因此，移动中继接收到的信号与移动中继发送的信号也不是一样 的。
[0042] 需要说明的是，在移动中继开始捜寻之前，移动中继初始化其自身的位置信息。源 端向移动中继发送一个测试信号，移动中继将把接收到的测试信号转发给目的端，其中该 转发的步骤实际包含了对信号的放大及转发，使得该目的端计算初始通信性能，并保存为 该目的端的初始记录。
[0043] 其中，测试信号是用于测试通信性能的信号，能够帮助移动中继捜寻到最佳中继 位置，可W在该信号中携带用来测试通信性能的数据，且在移动中继捜寻到最佳中继位置 之前，源端发送的都是测试信号，只有在移动中继找到最佳中继位置之后，源端才将发送真 正有用的数据。
[0044] 步骤B、该目的端接收该移动中继发来的信号并计算本次通信性能，该通信性能包 括信噪比、误码率，并根据计算结果与已保存的已知最佳中继位置的通信性能进行比较，W 及生成一比特信息反馈至该移动中继。
[0045] 目的端接收到该信号之后计算本次通信性能，包括计算本次通信的信噪比或误码 率，将计算出来的本次通信性能与已保存的已知最佳中继位置的通信性能进行比较，该已 知最