基于定时机制的全局最优中继位置搜寻方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种基于定时机制的全局最优中继位置 搜寻方法及系统。
【背景技术】
[0002] 通信中继用来转发不同的节点之间发出的信息，扩大了通信范围，提高了通信系 统的性能。陆地无线电通信很容易被障碍物遮挡和屏蔽，飞机、卫星及无人机（Unmanned AerialVehicles，UAVs)可以充当通信中继，因为机载中继可以在崎岷的山区或市区有效 地为需要相互通信的双方建立起连接。近年来，使用无人机作为通信中继的问题已吸引不 少学者的关注和研究，同时其应用也十分广泛。
[0003] 现有的应用于移动中继位置搜寻的算法主要有：如图la，基于GPS去测量源端（S) 和目的端（D)的位置信息，移动中继再利用该信息去搜寻最佳中继位置；基于扰动的极值 搜索控制（ExtremumSeekingControl，ESC)算法；如图lb，基于机载多天线的算法。现 有的移动中继位置搜寻算法都可以使移动中继找到最佳的中继位置，但是这些算法的适用 范围也存在一定的不足和缺陷，主要体现在：（1)源端（S)和目的端（D)都需要GPS来测量 自身的位置并将该位置信息告知移动中继，也就是说，在这样的中继通信系统中，源端（S)、 目的端（D)和移动中继三者都需要依赖GPS，而依赖于GPS容易受到攻击，也可能遭受GPS 欺骗或干扰而导致中继通信失败，更重要的是，在很多特殊情况下通信双方没有GPS功能 或者GPS设备已损坏，如自然灾害导致GPS设备损坏。（2)使用机载多天线对信号到达角 (D0A)进行估计来搜寻最佳中继位置，容易出现估计误差，且增加了无人机通信设备的复杂 度和算法复杂度。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于定时机制的全局最优中继位置搜 寻方法及系统，旨在解决现有移动中继在中继位置寻找过程中依赖GPS，使用机载天线容易 导致估计误差的问题。
[0005] 本发明是这样实现的，一种基于定时机制的全局最优中继位置搜寻方法，步骤包 括：
[0006] 步骤A，单个移动中继位于测试场所的固定高度平面内的任意位置开始测试，以起 始位置为初始化位置，将所述初始化位置记录为已知最佳位置并存在移动中继的内存中， 然后接收来自源端发送的测试信号并进行放大，将放大的测试信号转发至目的端，目的端 计算第一次接收到的信号通信性能，并将所述第一次接收到的信号通信性能记录为已知最 佳通信性能保存在目的端的内存中；
[0007] 步骤B，目的端根据每次接收到的信号计算通信性能，并根据计算的通信性能与保 存的已知最佳接收信号通信性能的比较结果生成单比特信息反馈至所述移动中继；所述单 比特信息包括性能是否提高的信息，所述已知最佳接收信号通信性能为已测试的最好通信 性能；
[0008] 步骤C，所述移动中继根据反馈的单比特信息计算下一时刻位置并移动至该下一 时刻位置，然后接收来自源端发送的测试信号并进行放大，将放大的测试信号转发至目的 端，重复步骤B-C，直至找到全局最优中继位置。
[0009] 进一步地，步骤B中，目的端根据接收的信号计算通信性能，然后将所述通信性能 与自身内存保存的已知最佳接收信号的通信性能进行比较，根据比较结果更新内存中保存 的已知最佳接收信号的通信性能，并生成单比特信息反馈至所述移动中继。
[0010] 进一步地，步骤C具体包括：
[0011] 步骤C1，所述移动中继根据反馈的单比特信息计算下一时刻位置并移动至该下一 时刻位置，接收来自源端发射的测试信号并放大转发至目的端，然后返回步骤B，继续进行 第一阶段位置搜寻，直至确定第一阶段最佳中继位置然后结束第一阶段位置搜寻；
[0012] 步骤C2,第一阶段位置搜寻结束之后，移动中继以所述第一阶段最佳中继位置为 起点开始进行第二阶段位置搜寻，直至确定第二阶段最佳中继位置，所述第二阶段最佳中 继位置即为最终的在固定高度平面内的全局最优中继位置。
[0013] 进一步地，步骤C1具体包括：
[0014] 步骤C11，所述移动中继记录其已知最佳位置，并设置第一阶段搜寻时间阈值，所 述已知最佳位置用& (η)表示，η表示第η个时隙；
[0015] 步骤C12,所述移动中继根据第一扰动步长计算下一时刻位置并移动到该下一时 刻位置，接收来自源端发射的测试信号并放大转发至目的端，返回步骤Β;
[0016] 以咧（》+1)表示所述下一时刻位置，以^表示所述第一扰动步长，贝1J: 灼+I) = (α) +Δ,.,所述第一扰动步长的初始值预设为Δχ=(X。，〇, 〇);
[0017] 步骤C13,目的端计算新的接收信号的通信性能，根据计算出的通信性能与保存的 已知最佳接收信号的通信性能进行比较，若新的通信性能优于已知最佳接收信号的通信性 能，则将所述新的接收信号的通信性能保存为已知最佳接收信号的通信性能，然后目的端 反馈单比特信息给所述移动中继；若新的通信性能比已知最佳接收信号的通信性能差，则 保存的已知最佳接收信号的通信性能不变，然后目的端反馈单比特信息给所述移动中继；
[0018] 步骤C14,所述移动中继对所述单比特信息进行判断；
[0019] 步骤C15,在判断为接收信号性能提升时，将连续负反馈计数器清零，更新保存的 已知最佳中继位置，并判断是否结束第一阶段位置搜寻；
[0020] 步骤C16,在判断为接收信号性能未提升时，移动中继返回上一时隙的位置，同时 连续负反馈计数器加1，第一扰动步长修改为上一时隙的第一扰动步长的相反数，并判断连 续负反馈计数器是否达到预设的连续负反馈阈值；所述连续负反馈阈值设定为2;
[0021] 步骤C17,若判断步骤C16中的连续负反馈计数器达到预设的连续负反馈阈值，则 连续负反馈计数器清零并减小第一扰动步长，然后判断是否结束第一阶段位置搜寻；
[0022] 步骤C18,若所述移动中继的搜寻时间大于或者等于预设的第一阶段搜寻时间 阈值，则结束第一阶段位置搜寻，并将保存的已知最佳中继位置作为第一阶段最佳中继位 置；
[0023] 若所述移动中继的搜寻时间小于预设的第一阶段搜寻时间阈值，则返回步骤C12 继续搜寻。
[0024] 进一步地，步骤C2具体包括：
[0025] 步骤C21，移动中继根据所述第一阶段最佳中继位置为起点，并设置第二阶段搜寻 时间阈值；
[0026] 步骤C22,所述移动中继根据第二扰动步长计算下一时刻位置并移动到该下一时 刻位置，继续接收来自源端发射的测试信号并放大转发至目的端；
[0027] 以％ (" + 1)表示下一时刻位置，以R2 (η)表示已知最佳中继位置，Ay表示第 二扰动步长Ay，则：％(? + 1) =Λ\(?) +Δ,,:，所述第二扰动步长的初始值预设为Ay = (〇,y〇, 〇)；
[0028] 步骤C23,目的端计算新的接收信号的通信性能，根据计算出的通信性能与保存的 已知最佳接收信号的通信性能进行比较，若新的通信性能优于已知最佳接收信号的通信性 能，则将所述新的接收信号的通信性能保存为已知最佳接收信号的通信性能，然后目的端 反馈单比特信息给所述移动中继；若新的通信性能比已知最佳接收信号的通信性能差，则 保存的已知最佳接收信号的通信性能不变，然后目的端反馈单比特信息给所述移动中继；
[0029] 步骤C24,所述移动中继对所述单比特信息进行判断；
[0030] 步骤C25,在判断为接收信号性能提升时，将连续负反馈计数器清零，更新保存的 已知最佳中继位置，并判断是否结束第二阶段位置搜寻；
[0031] 步骤C26,在判断为接收信号性能未提升时，移动中继返回上一时隙的位置，同时 连续负反馈计数器加1，第二扰动步长修改为上一时隙的第二扰动步长的相反数，并判断连 续负反馈计数器是否达到预设的连续负反馈阈值；所述连续负反馈阈值设定为2;
[0032] 步骤C27,若判断步骤C26中的连续负反馈计数器达到预设的连续负反馈阈值，则 连续负反馈计数器清零并减小第二扰动步长，然后判断是否结束第二阶段位置搜寻；
[0033] 步骤C28,若所述移动中继的搜寻时间大于或者等于预设的第二阶段搜寻时间阈 值，则结束第二阶段位置搜寻，并将保存的已知最佳中继位置作为第二阶段的最佳中继位 置，所述第二阶段的最佳中继位置即为最终的在固定高度平面内的全局最优中继位置； [0034] 若所述移动中继的搜寻时间小于等于预设的第二阶段搜寻时间阈值，则返回步骤 C22〇
[0035] 本发明还提供了一种基于定时机制的全局最优中继位置搜寻系统，包括源端、单 个移动中继和目的端；
[0036] 所述源端，用于发送测试信号至所述移动中继；
[0037] 所述移动中继，用于移动中继位于测试场所的固定高度平面内的任意位置开始测 试，以起始位置为初始化位置，将所述初始化位置记录为已知最佳位置并存在自身的内存 中，然后接收来自源端发送的测试信号并进行放大，将放大的测试信号转发至目的端；