[发明专利]一种分析振动影响无线信号传播的方法

权利要求书

1.一种分析振动影响无线信号传播的方法,其特征在于，该方法利用多镜像分析方法，设收发天线构成一个系统，系统收发频率是f_c,电波波长是λ,反射产生多径，反射的物理机理在于感应电流，根据电磁波在导体表面的边界条件，感应电流作为“二次源”激励产生的电磁场即为反射波，对于引起多径的“二次源”，每一个多径对应一个镜像发射源，分析发射天线的本体和镜像之间的水平角度功率和俯仰角度功率；确定无线信号传输衰落随机械振动变化的时域表达函数，进而衰落余量W_L(dB)和系统机械振动最大允许振幅峰峰值r_dmax。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体步骤为：首先，以接收天线为原点建立合适球坐标系，以接收天线为原点，以LoS主径方向为等效直角坐标系的X轴，如果发射天线的本体和镜像在水平角区间内均匀分布，每个多径的水平角度功率分布谱满足分布函数

式中，是多径的俯仰角分布，是多径俯仰角分布的标准差，是多径俯仰角分布的数学期望值，是多径俯仰角度功率分布谱函数；

如果发射天线的本体和镜像在俯仰角区间内均匀分布，k_φ和k_θ分别是水平角和俯仰角分布的扩展因子，每个多径的俯仰角度功率分布谱分布表述为函数f_θ[P(θ)]，

式中，θ是多径的俯仰角分布，σ_θ是多径俯仰角分布的标准差，μ_θ是多径俯仰角分布的数学期望值，f_θ[P(θ)]是多径俯仰角度功率分布谱函数；

为了便于计算令μ_φ和μ_θ均为0，产生两组N_path个分别在和[-k_θσ_θ,k_θσ_θ]区间均匀分布的随机数序列，以设定多径水平角和俯仰角，则假设某个多径对应的角度坐标是然后基于和f_θ[P(θ)]的具体表达式来计算该角度上多径对应的归一化相对功率，归一化计算参考值是在天线增益和发射功率归一化的情况下的接收功率；

假设某多径的初始相位Ph0_i满足(0,2π)区间内的随机分布，接受归一化相对功率是其对应的水平角归一化相对功率比值和俯仰角归一化相对功率比值的乘积，对该乘积进行开方，得到该多径的归一化幅度系数M_i,则使用式(4)计算该多径的等效镜像源的距离d_i：

式中：M_i为多径的归一化幅度系数，d₀为收发天线之间直射路径的距离；

根据得到的多径的等效镜像源的球坐标是带入式(5)求出发射天线的本体的坐标x_i、y_i、z_i：

其次，根据天线响应加速度是主频为f_v的正弦波，则X、Y、Z方向上的加速度可以表述为：

式中：t为时间，a_x1是X方向上振动基波的幅度，a_x2是X方向上振动二次谐波的幅度，p_x1是X方向上振动基波的幅度，p_x2是X方向上振动二次谐波的初始相位；a_y1是Y方向上振动基波的幅度，a_y2是Y方向上振动二次谐波的幅度，p_y1是Y方向上振动基波的幅度，p_y2是Y方向上振动二次谐波的初始相位；a_z1是Z方向上振动基波的幅度，a_z2是Z方向上振动二次谐波的幅度，p_z1是Z方向上振动基波的幅度，p_z2是Z方向上振动二次谐波的初始相；

由于初始速度和位移都为0，通过积分来计算位移量:

由于镜像反射的作用，发射天线的第i个镜像的位移量，表述为：

式中：Sx_i，Sy_i，Sz_i均为{-1,1}二值随机序列，

由于振动产生的传播距离变化量是：

则第i个多径的相位因为振动而随时间的变化的函数是：

则多径叠加后，在接收端的归一化接收矢量幅度是：

式中：N_path为多径的个数，j为虚数单位，

如存在直射路径，则要确保i＝0的项参与加和，传输损耗随时间的变化可以用下式计算：

Loss(t)[dB]＝-{PW₀[dB]+20lg|M_r(t)|} (12)。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：设(a_x-base,a_y-base,a_z-base)是加速度的基本形式，X、Y、Z上的加速度表达式具有基波加二次谐波的表述形式，加速度按照(13)式设定，

式中，为加速度的三维矢量形式，k_a为幅度变化的系数；

在多径的功率角域分布参数相同的情况下，重复N_case次仿真，WIDTH_loss(dB)和STD_loss(dB)的中位数呈现出相对稳定的状态，记做WIDTH_loss-M(dB)和STD_loss-M(dB)，且对仿真结果进行拟合，表明WIDTH_loss-M(dB)和STD_loss-M(dB)和对应振动状态下的r_d/λ有关，则表述为：

式(14)(15)中arctan运算的结果以弧度表示，在不同的多径角域分布条件下分布宽度系数W_max、分布宽度的位移系数k_w、标准差系数S_max，亏损；标准差位移系数k_s,WIDTH_loss(dB)表示传输损耗随时间变化序列的分布区间宽度，即一个周期内的最大值最小值，表示传输损耗随时间变化序列在一个周期内的标准差，r_d是指收发天线机械振动的振幅；

假设由于振动而要准备的衰落余量为W_L(dB)，则最大的系统振幅峰峰值，即位移范围r_dmax满足：