无人机赋能多用户无线能量传输的最优一维轨迹设计

在本文中，我们研究一种无人机（UAV）赋能的无线能量传输（WPT）网络，其中一架无人机在天空以恒定高度飞行，为一组具有线性拓扑的地面节点提供无线能量供给。我们的目标是在无人机最大飞行速度约束下，通过优化无人机的一维（1D）轨迹，最大化所有地面节点中的最小接收能量。不同于先前仅提供启发式与局部最优解的工作，本文首个给出了针对所考虑的最小能量最大化问题的全局最优一维无人机轨迹解。为此，我们首先证明，对于任意给定的速度约束无人机轨迹，我们总可以构造一个最大速度轨迹与一个无速度约束轨迹，使得它们的组合能在所有这些地面节点上实现相同的接收能量。接着，我们将原始的无人机速度约束轨迹优化问题转化为一个等价的无速度约束问题，随后通过拉格朗日对偶方法对其最优求解。所获得的最优一维无人机轨迹解遵循所谓的逐次悬停-飞行（SHF）结构，即无人机在有限个悬停点依次悬停，每点悬停时长经优化，并以最大速度在这些悬停点间飞行。数值结果表明，在不同场景下，我们所提出的的最优解显著优于先前工作中的基准方案。