无人机空地网络研究综述

无人机具有快速部署、成本低廉等优势. 无人机空地网络通过将基站设备部署至升空无人机平台，能从空中快速构建对地覆盖网络，因而在应急救灾、偏远覆盖、智能交通、智慧城市等方面具有广阔的应用前景，近年来受到广泛关注. 面向无人机空地网络应用场景，结合无人机的机动、组网、载荷等特点，围绕无人机空地网络覆盖性能提升、无人机空地网络通感算一体化设计、智能反射面技术辅助的无人机空地网络、鲁棒无人机空地网络四个维度，从网络场景、关键技术挑战、性能优化控制方法等几方面梳理无人机空地网络的研究现状，并探索优化提升无人机空地网络性能的未来研究方向.

以多旋翼和固定翼为代表的无人机设备因具有低成本、快速部署、易于操控等优势，近年来得到了迅速发展. 依托无人机平台也形成了多种新型应用模式，无人机空地网络就是其中的典型应用代表[1-2] 该网络通过将原安装于地面的基站设备部署至升空无人机平台，利用无人机的低成本和快速部署优势，构建无人机间、无人机与地面间网络连接，以从空中实现对地覆盖网络，从而有效解决地面通信基础设施受损或偏远地区的网络覆盖问题[3-4] . 无人机的空中机动性使得原有地面通信网络部署方案不再适用，提升基于无人机的空地网络覆盖性能是构建无人机空地网络的基础. 在应用方面，伴随着自动驾驶等新型应用模式的涌现，网络内生感知和计算能力也成为无人机空地网络的关键需求之一，在考虑无人机平台机动属性前提下提升无人机空地网络的通信、感知、计算综合能力也成为适配该应用场景的核心问题[5-8] . 面对城市、山区等空地环境复杂、遮挡较强的场景，智能反射面（RIS）等新兴通信技术可以辅助改善通信传输环境，是提升无人机到地面终端间通信质量的一个重要手段[9-12] . 此外，无人机易受复杂多变天气地形等工作环境影响，多无人机协同组网易受相互之间的干扰影响，如何提升无人机空地网络的鲁棒性能，构建无人机空地鲁棒网络，适配不同工作环境、复杂组网及干扰环境，保障无人机空地网络的安全可靠高效运行，也是无人机空地网络的核心研究问题[13-18] . 针对无人机在上述空地网络覆盖性能提升、无人机空地网络通感算一体化设计、RIS 辅助无人机空地网络、无人机空地鲁棒网络设计维度的性能提升和关键挑战，已有的综述论文并未进行充分论述. 本文将围绕上述场景，进一步结合无人机的机动、组网、载荷等特点，从关键技术挑战、性能优化控制方法等方面探讨无人机空地网络的研究现状并探索提升无人机空地网络性能的未来研究方向. 1 无人机空地网络覆盖性能优化 1.1 网络场景地面基站通常布设成本高、建设周期长、对地形地貌要求高，无法在偏远和灾害地区提供通信服务. 为填补地面基站覆盖空缺，可以利用无人机快速部署优势，通过将通信设备加装到无人机上形成空对地覆盖网络，实现为大型灾害现场提供应急通信保障，为无通信基础设施区域提供临时通信服务，为偏远地区提供传感器数据收集等应用. 如图 1 所示，无人机空地网络以固定翼或多旋翼无人机为平台，以单架无人机或多架协同组网的方式提供对地的网络覆盖服务. 固定翼与多旋翼无人机特点各不相同，因而所能提供的对地覆盖能力也不同. 具体而言，固定翼无人机承重载荷量大，对通信设备的重量限制较少，但需要快速飞行来维持升空能力，因此，当加装通信设备后，固定翼无人机的机动特性可能导致其无法对同一地面区域提供持续稳定覆盖[19] . 而多旋翼无人机具备空中悬停的功能，能够为地面同一区域提供持续性的网络覆盖 [20] . 此外，为充分利用固定翼无人机与旋翼无人机的优势，固定翼无人机与旋翼无人机可以同时向地面用户提供覆盖服务. 在多类型无人机共存的混合网络中，固定翼无人机飞行高度高、有效载荷大的特点使其通常作为网络的控制与调度中心，实现资源与轨迹的联合管控，并承担与用户和旋翼无人机通信的功能. 旋翼无人机可以根据地面用户的业务需求提供灵活、多样化的服务，通常被视为近地面基站.