بهینه‌سازی مسیر حرکت پهپاد مخابراتی با هدف بیشینه کردن بهره‌وری انرژی با روش تبدیل درجه دوم

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی برق، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران

چکیده

مخابرات بی‌سیم با استفاده از پهپادها یک فناوری امیدوارکننده برای سیستم‌های مخابراتی آینده محسوب می‌شود. در این مقاله، با فرض اینکه پهپاد به صورت افقی در یک ارتفاع ثابت پرواز می‌کند، ما ارتباط مخابراتی پهپاد با یک پایانه زمینی، که از نظر انرژی بهره‌ور باشد را از طریق بهینه‌سازی مسیر پهپاد مطالعه می‌کنیم، در این طراحی به طور مشترک توان ارتباطی و مصرف انرژی پهپاد در نظرگرفته شده‌است. برای رسیدن به این هدف نخست، یک مدل نظری در مورد مصرف انرژی پیشرانش پهپادهای بال ثابت به عنوان تابعی از سرعت، جهت و شتاب پرواز پهپاد، ارائه می‌کنیم. بر اساس مدل مشتق شده و با نادیده گرفتن مصرف انرژی پردازش سیگنال و نیز انرژی تشعشعی، بهره‌وری انرژی مخابرات پهپاد به صورت کل بیت‌های اطلاعات مخابره شده تعریف می‌شود، که توسط انرژی پیشرانش مصرفی پهپاد در یک بازه زمانی محدود نرمالیزه شده باشد. در این مقاله، جهت طراحی بهره‌ور برای بیشینه‌سازی بهره‌وری انرژی پهپادی که دارای قیود کلی روی مسیر، شامل مکان‌ها و سرعت‌های اولیه و نهایی، همچنین کمینه یا بیشینه سرعت و شتاب می‌باشد، یک روش تبدیل درجه دوم(QT)، پیشنهاد کردیم، که نسبت به روشی که در پژوهش‌های پیشین ارائه شده است، میزان بهره‌وری انرژی kbits/joule 0.31 افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Telecommunications UAV Trajectory Optimization With The Aim Of Energy-EfficiencyMaximization Using Quadratic Transformation Method (QT)

نویسندگان [English]

  • Maedeh Mohseni 1
  • Mina Baghani 2
1 Department of Electrical Engineering, Imam Khomeini International University,
2 Department of Electrical Engineering at Imam Khomeini International University (IKIU)
چکیده [English]

Wireless communication utilizing UAVs is recognized as a promising technology for future communication systems. In this paper, we investigate the energy-efficient communication between a UAV and a ground terminal by optimizing the UAV’s flight path, under the assumption that the UAV flies horizontally at a fixed altitude. This design approach jointly considers communication power and UAV energy consumption.To achieve this objective, we first introduce a theoretical model for the propulsion energy consumption of fixed-wing UAVs, which is a function of the UAV’s speed, direction, and flight acceleration. Building upon this derived model, and by disregarding signal processing energy consumption and radiated energy, we define the energy efficiency of UAV communication. This is quantified as the total number of transmitted information bits normalized by the propulsion energy consumed by the UAV over a defined time period. For an efficient design aimed at maximizing the energy efficiency of a UAV with general path constraints, including initial and final positions and speeds, as well as minimum or maximum speed and acceleration, we propose a Quadratic Transformation (QT) method. This method has demonstrated an increase in energy efficiency of 0.31 kbits/joule when compared to methods presented in previous research.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy efficiency
  • Trajectory Optimization
  • UAV
  • Quadratic transform