Rician衰落下用于无人机数据采集的三维轨迹优化

本文考虑一个无人机赋能的无线传感器网络（WSN），其中飞行无人机用于从多个传感器节点（SNs）收集数据。我们的目标是在给定每个SN可靠性约束下，通过联合优化无人机通信调度和三维（3D）轨迹，最大化所有SN的最小平均数据收集速率。不同于现有工作所假设的简化视距（LoS）无人机—地面信道，我们考虑无人机与SNs之间更实际精确的角度依赖Rician衰落信道，其Rician因子由相应的无人机—SN仰角决定。然而，由于缺少一个称为有效衰落功率的关键参数的闭式表达式（该参数在中断概率可靠性要求下表征可达速率），所表述的优化问题难以处理。为应对此困难，我们首先利用数据回归方法将该参数关于3D无人机轨迹近似为一个logistic（'S'形）函数。然后将原问题重新表述为近似形式，但由于其非凸性仍难以求解。为此，我们进一步提出一种高效算法，利用块坐标下降技术推导其次优解，该算法迭代优化通信调度、无人机水平轨迹和垂直轨迹。后两个子问题为非凸，而利用连续凸近似技术为其获得局部最优解。最后，提供了大量数值结果来评估所提算法性能，并得出关于Rician衰落下3D无人机轨迹相对于传统LoS信道模型的新见解。