(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111436694.X (22)申请日 2021.11.29 (71)申请人 南方电网科 学研究院有限责任公司 地址 510000 广东省广州市萝岗区科 学城 科翔路11号J1栋3、 4、 5楼及J3 栋3楼 申请人 中国南方电网有限责任公司 (72)发明人 陈立明　匡晓云　洪丹轲　陈宝仁　 索思亮　黄开天　王力　朱海龙　 洪超　黄建理　那振宇　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 代理人 颜希文　郝传鑫 (51)Int.Cl. H04W 4/029(2018.01) H04W 4/40(2018.01)H04W 40/22(2009.01) H04W 72/04(2009.01) G06F 30/20(2020.01) G16Y 10/35(2020.01) (54)发明名称 一种电力物联网中继无人机通信方法及装 置 (57)摘要 本发明公开了一种电力物联网中继无人机 通信方法及装置， 所述方法包括如下步骤： 步骤 S1， 基于中继无人机面向大规模电力物联网用户 安全通信的优化问题建模， 分析该问题的优化目 标、 优化变量以及约束条件建立数学模型； 步骤 S2， 根据建立的模型， 固定发射功率和无人机轨 迹， 更新关联变量， 并将其作为步骤S3的固定值； 步骤S3， 根据建立的模型， 固定关联变量， 更新发 射功率和无人机轨迹； 步骤S4， 对发射功率和无 人机轨迹及关联变量迭代优化， 根据迭代优化结 果输出无人机的最优轨迹、 地面基站和无人机的 最优发射功率 以及无人机与地面用户的最优关 联变量。 权利要求书4页 说明书17页 附图5页 CN 114257964 A 2022.03.29 CN 114257964 A 1.一种电力物联网中继无 人机通信方法， 包括如下步骤： 步骤S1， 基于中继无人机面向大规模电力物联网用户安全通信的优化问题建模， 分析 该问题的优化目标、 优化变量以及约束条件建立数 学模型； 步骤S2， 根据建立的模型， 固定发射功率和无人机轨迹， 更新关联变量， 并将其作为步 骤S3的固定值； 步骤S3， 根据建立的模型， 固定关联变量， 更新发射功率和无 人机轨迹； 步骤S4， 对发射功率和无人机轨迹及关联变量迭代优化， 根据迭代优化结果输出无人 机的最优轨迹、 地面基站和无人机的最优发射功率以及无人机与地面用户的最优关联变 量。 2.如权利要求1所述的一种电力物联网中继无人机通信方法， 其特征在于： 所述方法应 用于由地面基站、 无人机中继、 窃听者和K个地面用户组成的安全通信网络， 所述地面基站 位置固定在坐标系原 点， 窃听者和地面用户随机分布在一个宽阔的长方形区域， 第k个地面 用户的位置为wk， 窃听者的位置为we， 无人机在任务时间T内高度固定为H； 将任务 时间等分 成N个时隙， 每个时隙的精度为δt＝T/N； 在第n个时隙内， 无人机的水平位置为q[n]； 无人机 最大速度为Vmax； 地面基站和无人机的发射功率表示为po[n],pu[n]； 地面基站和无人机的平 均发射功率表示 为 3.如权利要求2所述的一种电力物联网中继无人机通信方法， 其特征在于， 于步骤S1 中， 采用物理层安全的方式， 面向大规模电力物联网用户的中继无人机通信系统， 优化目标 是通过提高所有物联网用户中平均速率最小用户的吞吐量， 实现信息吞吐量的最大化， 构 建如下优化问题模型： subject to: ||q[n+1]‑q[n]||2≤(Vmaxδt)2,n＝1,...,N‑1 其中， αk[n]记录地面用户k在任意时隙n内被服务的状况， αk[n]＝1表示在第n个时隙 内， 无人机给地面用户k提供信息 服务， Ro[n]为地面基站传输给无人机的最大速 率， Rk[n]为 无人机传输给地 面用户k的最大速率， Re[n]为窃听者从地 面用户k处拦截的速率。 4.如权利要求3所述的一种电力物联网中继无人机通信方法， 其特征在于， 所述优化问 题模型的优化目标是在 任务时间内使 所有用户的最小平均保密速率最大化， 优化变量是在权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114257964 A 2每个时隙n＝1, …,N下， 地面基站和无人机的发射功率Po[n],Pu[n]以及无人机的水平位置q [n]， 无人机与地面用户k＝1, …,K的关联变量αk[n]； 约束条件包括： (1)每个时隙下无人机 与地面用户关联变量的约束条件； (2)每个时隙下无人机和地面基站的发射功率受 限于平 均发射功率； (3)无人机作为中继节点固有的信息因果约束； (4)无人机最大运行速度和位 置关系之间的约束。 5.如权利要求4所述的一种电力物联网中继无人机通信方法， 其特征在于： 于步骤S1 中， 将所述优化问题模型分解为优化无人机与地面用户的关联变量与优化飞行轨迹和发射 功率的两个子问题模型。 6.如权利要求5所述的一种电力物联网中继无人机通信方法， 其特征在于， 所述优化无 人机与地 面用户的关联变量的子问题模型如下： subject to: 其中， 变量αk[n]记录地面用户k在任意时隙n内被服务的状况， αk[n]＝1表示在第n个时 隙内， 无人机给地 面用户k提供信息服 务； 所述优化飞行轨 迹和发射功率的子问题模型如下： subject to: ||q[n+1]‑q[n]||2≤(Vmaxδt)2,n＝1,...,N‑1 po[n]≥0,n ＝1,...,N pu[n]≥0,n ＝1,...,N 其中， 第n个时隙内， 地面基站传输 给无人机的最大速率Ro[n]， 无人机传输给地面用户k 的最大速率Rk[n]以及窃听者从地 面用户k处拦截的速率Re[n]计算如下：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114257964 A 3