无人机中继通信系统是一种中继通信载荷部署在机动飞行无人机中的无线中继通信系统。通过无人机的中继实现地面节点与地面节点、飞机节点与地面节点、飞机节点与飞机节点之间的远距离无线通信。本书以中继无人机的航迹优化问题为核心，介绍点对点无人机中继通信系统、空时分组编码的无人机中继通信系统、共信道干扰环境下无人机中继通信系统、直接序列码分多址无人机中继通信系统、正交频分复用无人机中继通信系统、无人机级联中继通信系统、无人机中继广播通信系统、无人机中继保密通信系统的航迹优化方法。
本书结构严谨、逻辑清晰、语言简练，可作为高等院校航空通信专业本科生及研究生的参考书，也可供航空通信及航空电子领域的科技工作者参考。

第1章 无人机通信系统
1.1 概述
1.2 无人机中继通信系统航迹优化研究现状
本章小结
参考文献
第2章 点对点无人机中继通信系统
2.1 引言
2.2 单天线无人机中继通信系统
2.2.1 系统模型
2.2.2 中继无人机的航迹优化方法
2.2.3 链路中断概率与遍历容量
2.2.4 数值仿真
2.3 基于波束成形的无人机中继通信系统
2.3.1 系统模型
2.3.2 中继无人机的航迹优化方法
2.3.3 链路中断概率
2.3.4 数值仿真
本章小结
参考文献
附录
第3章 空时分组编码的无人机中继通信系统
3.1 引言
3.2 基于空时分组编码的无人机中继通信系统
3.2.1 系统模型
3.2.2 中继无人机的航迹优化
3.2.3 中断概率与遍历容量
3.2.4 数值仿真
3.3 基于协作空时分组编码的无人机中继通信系统
3.3.1 系统模型
3.3.2 中继无人机的航迹优化
3.3.3 遍历容量与分集增益
3.3.4 无人机距离约束
3.3.5 数值仿真
本章小结
参考文献
附录
附录A
附录B
附录C
附录D
第4章 共信道干扰环境下无人机中继通信系统
4.1 引言
4.2 译码转发无人机中继通信系统
4.2.1 系统模型
4.2.2 联合飞行速度与航迹的优化方法
4.2.3 数值仿真
4.3 放大转发无人机中继通信系统
4.3.1 系统模型
4.3.2 中继无人机的航迹优化方法
4.3.3 中断概率与遍历容量
4.3.4 数值仿真
本章小结
参考文献
附录
第5章 直接序列码分多址无人机中继通信系统
5.1 引言
5.2 平坦衰落信道DS-CDMA无人机中继通信系统
5.2.1 系统模型
5.2.2 中继无人机的航迹优化方法
5.2.3 数值仿真
5.3 频率选择性衰落信道无人机中继通信系统
5.3.1 系统模型
5.3.2 中继无人机的航迹优化方法
5.3.3 链路误码率与分集增益
5.3.4 数值仿真
本章小结
参考文献
附录
附录A
附录B
第6章 正交频分复用无人机中继通信系统
6.1 引言
6.2 无人机中继通信系统模型
6.2.1 系统模型
6.2.2 信号模型
6.3 无人机中继通信系统的中断概率
6.3.1 译码转发系统的中断概率
6.3.2 放大转发系统的中断概率
6.4 无人机功率与无人机航迹优化方法
6.4.1 基站与无人机节点功率分配方法
6.4.2 无人机航迹优化方法
6.4.3 联合功率分配与无人机航迹优化方法
6.5 数值仿真
6.5.1 仿真参数
6.5.2 仿真结果
本章小结
参考文献
第7章 无人机级联中继通信系统
7.1 引言
7.2 基于放大转发协议的无人机级联中继通信系统
7.2.1 系统模型
7.2.2 无人机与基站接收输入信噪比
7.2.3 级联无人机联合航迹优化方法
7.2.4 级联无人机分步航迹优化方法
7.2.5 链路中断概率
7.2.6 数值仿真
7.3 基于译码转发协议的无人机级联中继广播通信系统
7.3.1 系统模型
7.3.2 基站、无人机和用户节点接收信噪比
7.3.3 链路中断概率
7.3.4 级联无人机联合航迹优化方法
7.3.5 级联无人机分步航迹优化方法
7.3.6 中继链路遍历容量
7.3.7 数值仿真
本章小结
参考文献
第8章 无人机中继广播通信系统
8.1 引言
8.2 静态用户固定翼无人机中继通信系统
8.2.1 系统模型
8.2.2 基于平均中断概率最小化准则的航迹优化方法
8.2.3 基于最大-最小化准则的航迹优化方法
8.2.4 用户节点中断概率
8.2.5 数值仿真
8.3 动态用户固定翼无人机中继广播通信系统
8.3.1 系统模型
8.3.2 任务无人机运动模型
8.3.3 任务无人机位置预测方法
8.3.4 单条链路遍历容量
8.3.5 基于加权遍历容量和最大化准则的航迹优化方法
8.3.6 单链路遍历容量
8.3.7 数值仿真
本章小结
参考文献
附录
附录A
附录B
附录C
第9章 无人机中继保密通信系统
9.1 引言
9.2 无人机中继保密通信系统模型
9.3 联合无人机发射功率及航迹的优化方法
9.4 保密中断概率
9.5 数值仿真
本章小结
参考文献

在无人机中继通信系统中，中继通信载荷部署在机
动飞行的无人机中，通过无人机的中继实现地面节点与
地面节点、飞机节点与地面节点、飞机节点与飞机节点
之间的远距离无线通信。与地面固定无线中继通信相比
，无人机中继通信具有通信距离远、部署灵活、中继位
置灵活可控、构建迅捷、维护成本低等多方面的优势，
因此无人机中继通信在军用与民用领域获得了广泛的应
用。
由于中继通信载荷部署在机动飞行的无人机中，这
为无人机中继通信系统带来了一系列特殊的问题，其中
一个代表性问题是中继无人机的航迹优化。中继无人机
航迹优化问题可表述为：在中继无人机机动飞行过程中
，如何寻找一条最优飞行路径，以保障无人机中继通信
系统链路传输的可靠性。
本书是中国民航大学航空移动通信实验室近五年研
究成果的结晶，是无人机中继通信系统航迹优化问题研
究的一个总结。
全书共9章，主要内容如下。
第1章首先概要介绍了无人机中继通信的基础知识
，随后对无人机中继通信系统航迹优化问题的研究现状
进行综述。
针对点对点无人机中继通信系统的航迹优化问题，
第2章介绍了两种无人机中继通信传输方案及航迹优化
方法：单天线无人机中继通信系统传输方案及航迹优化
方法，以及基于波束成形的无人机中继通信传输方案及
航迹优化方法。
为提高点对点无人机中继通信系统链路传输的可靠
性，第3章介绍了两种基于空时分组编码的无人机中继
传输方案。首先介绍了基于空时分组编码的无人机中继
通信系统，并以链路遍历容量最大化准则为基础，给出
了中继无人机的航迹优化方法；随后介绍了基于协作空
时分组编码的无人机中继通信系统，并以中断概率最小
化准则为基础，给出了中继无人机的航迹优化方法。
针对共信道干扰恶化无人机中继通信系统链路传输
可靠性的问题，第4章介绍了两种无人机航迹优化方法
。首先以译码转发无人机中继通信系统为研究对象，以
链路中断概率最小化准则为基础，给出了共信道干扰环
境下中继无人机的航迹优化方法；随后以放大转发无人
机中继通信系统为研究对象，以基站节点解调器输出信
干噪比最大化准则为基础，给出了共信道干扰环境下中
继无人机的航迹优化方法。
围绕频率选择性衰落信道无人机中继通信系统航迹
优化问题，第5章介绍了直接序列码分多址无人机中继
通信系统的航迹优化。分别介绍了平坦衰落信道DS-
CDMA无人机中继通信系统和频率选择性衰落信道无人机
中继通信系统，然后以中断概率最小化准则为基础，给
出了中继无人机的航迹优化方法。
针对频率选择性衰落信道无人机中继通信系统航迹
优化问题，第6章介绍了正交频分复用无人机中继通信
系统的航迹优化。首先介绍了无人机中继通信系统模型
及无人机中继通信系统的中断概率；随后以系统中断概
率最小化准则为基础，给出了一种联合功率分配与无人
机航迹的优化方法。
为解决无人机级联中继通信系统的航迹优化问题，
第7章介绍了两种优化方法。首先以基于放大转发协议
的无人机级联中继通信系统为研究对象，基于级联中继
链路遍历容量最大化准则，给出了联合航迹优化方法和
分步航迹优化方法；随后以基于译码转发协议的无人机
级联中继广播通信系统为研究对象，基于最大用户中断
概率最小化准则，给出了联合航迹优化方法与分步航迹
优化方法。
针对无人机中继广播通信系统的航迹优化问题，第
8章介绍了两种无人机中继广播通信系统的无人机部署
及航迹优化方法。首先介绍了用户节点固定部署情况下
，固定翼无人机中继广播通信系统的航迹优化问题，并
以平均中断概率最小化和最大-最小化准则为基础，给
出中继无人机的航迹优化方法；随后介绍了用户节点机
动部署情况下，固定翼无人机中继广播通信系统的航迹
优化问题，并以加权遍历容量和最大化准则为基础，给
出了中继无人机的航迹优化方法。
第9章介绍了无人机中继保密通信系统的航迹优化
问题。首先介绍了无人机中继保密通信的系统模型；随
后以保密容量最大化准则为基础，介绍了联合无人机发
射功率及航迹的优化方法。
本书由刘海涛、李冬霞及王磊共同撰写。其中，刘
海涛撰写了第1～5章，李冬霞撰写了第6～8章，王磊撰
写了第9章。
本书得到了国家自然科学基金项目（项目编号：
U1633108）及国家重点研发计划项目（项目编号：
2016YFB0502402）的资助。
在撰写本书过程中，作者还得到了中国民航大学航
空移动通信实验室多位研究生的无私帮助，他们是赵文
强、李春鸣、顾新宇、方晓钰、刘晓畅、黄金凤和宋思
雨，在此表示衷心感谢。
限于作者的水平，书中不当之处在所难免，敬请广
大读者批评指正。