无人机轨迹与通信协同设计：灵活路径离散化与路径压缩
信息论
2020-10-15 v1 网络与互联网体系结构
机器人学
math.IT
摘要
无人机通信系统的性能优化需要高效联合设计无人机轨迹与通信。为应对连续时间无人机轨迹优化带来的无限设计变量挑战，一种常用方法是在三维（3D）空间中以分段线性路径段近似无人机轨迹。然而，当无人机飞行周期/距离较长时，由于相邻航点间距离需保持足够小以维持高近似精度，该方法在实践中仍可能产生难以承受的计算复杂度。为解决这一根本问题，我们在本文中提出一种用于无人机轨迹与通信协同设计的崭新通用框架。首先，我们提出一种灵活路径离散化方案，仅优化沿无人机路径的若干选定航点（可设计航点）以降低复杂度，而所有可设计与不可设计航点均用于计算沿无人机轨迹的近似通信效用，以确保高轨迹离散化精度。其次，给定任意数量的可设计航点，我们提出一种新颖路径压缩方案，将无人机 3D 路径先分解为三个一维（1D）子路径，随后通过叠加若干选定基路径并以其对应路径系数为权重来近似各子路径，从而进一步降低路径设计复杂度。最后，我们给出了从分布式地面传感器进行空中数据收集的无人机轨迹设计案例研究，并通过数值结果表明，相较于传统路径/时间离散化方案，所提方案可显著降低无人机轨迹设计复杂度，同时取得良好的速率性能。
引用
@article{arxiv.2010.07068,
title = {UAV Trajectory and Communication Co-design: Flexible Path Discretization and Path Compression},
author = {Yijun Guo and Changsheng You and Changchuan Yin and Rui Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.07068},
year = {2020}
}
备注
30 pages. This paper proposed a novel UAV trajectory design framework with flexible path discretization and path compression to significantly reduce the design complexity based on conventional path/time discretization schemes