[发明专利]一种基于技侦模式的空地通信系统仿真的装置

权利要求书

1.一种基于技侦模式的空地通信系统的仿真装置，其特征在于：它仿真的系统模块包括通信场景模块、地面通信装备模块、无人机模块、平台运动模块、电波传播模块、仿真引擎模块、评估模块和可视化模块；

通信场景模块仿真整个通信场景中的自然环境，包括地形模型数据库、气象水文模型数据库组件；地形模型数据库存储地图和地图各点经纬度、高程、地形地貌特征；气象水文模型数据库组件存储用户对某地区气象水文参数设置，包括水汽密度、降雨率、温度、云量、压强；

地面通信装备模块完成对通信装备发射机、接收机、收发天线的数学建模，包括地面通信平台模型组件，直接调用通信装备模型数据库；通信装备模型数据库存储不同型号、不同规格的VHF频段发射机、接收机、天线以及通信装备平台的各种参数指标；地面通信平台模型组件利用Matlab软件对采用超短波通信的不同参数发射机接收机进行仿真；

无人机模块完成对侦收天线、发送天线、发射机、接收机建模，包括中继平台模型组件，直接调用通信装备模型数据库；通信装备模型数据库中也存储了所有仿真中可能用到的不同类型的无人机及L频段发射机、侦收机、天线；中继平台模型组件同样利用Matlab软件对侦收机、及天线进行仿真；

平台运动模块模拟地面通信平台和无人机按照设置路径及行驶速度进行的运动，包括路径规划模型组件，对各地面通信平台运动路径曲线拟合，对运动速度具体计算；对无人机飞行路径模拟，对飞行速度具体计算；

电波传播模块分析不同通信条件下采用哪种电波传播模型，包括电磁波传播模型数据库、噪声模型数据库组件；电磁波传播模型数据库存储了VHF/L频段电波利用不同方式进行传播的电波传播经验公式；噪声模型数据库组件存储了不同传播方式和传播路径中可能存在、影响通信的噪声电波；该模块根据实时地形地貌、气象水文条件选取主要电波传播经验公式，综合计算组件根据经验公式，综合计算出考虑了路径损耗、气象条件损耗、地形遮挡、及噪声环境因素影响后某点的场强值，从而得出两地面通信平台或地面通信平台与无人机之间是否能够正常通信；

仿真引擎模块通过调度规则对其他组件按时间顺序调度安排，从而实现整个系统的顺利运行，包括综合计算组件和时空基准模型，按照时空基准提供的时间空间基准点，通过调度组件，最终使得系统实现以下仿真内容：不同自然环境条件对通信质量产生的影响、地面超短波通信装备发送与接收无线电信号的过程、所述中继平台模型组件对地面用频装备的各频段信号的侦收和中继转发的过程、地面通信装备间视距通信的过程，和地面通信装备通过无人机中继转发信号实现通信的电波传播的过程、各地面通信平台电磁态势的实时显示、各平台之间是否连通的实时显示；

评估模块在动态通信仿真结束后对整个流程中信息传播质量做出评价，对不同通信方式下的通信质量、传输时间做出对比，包括评估组件，对评估结果列表、绘图展示，并有导出功能；

可视化模块对整个作战场景中的通信平台、中继平台、自然环境进行可视化建模，还要对各通信平台电磁态势可视化显示，包括可视化组件，实现通信平台、中继平台、自然环境、电磁态势的二维及三维建模。

2.根据权利要求1所述的基于技侦模式的空地通信系统的仿真装置，其特征在于：所述的地形模型数据库用于存储不同地图及其各经纬度高程数据、地形地貌信息；所述的气象水文模型数据库用于存储地图各区域会对通信质量造成影响的气象水文信息；所述的通信装备模型数据库用于存储现有常用的各类型通信平台、通信载荷，以及各种常用无线通信系统的组成零件；所述的地面通信平台模型构建了各个固定/运动地面通信平台模型，向用户展示；所述的中继平台模型构建了无人机中继平台模型，向用户展示；所述的路径规划模型存储不同种类地面平台和无人机的路径规划计算公式，根据设置的运动规划参数计算出平台具体的运动规划方案；所述的电磁波传播模型数据库存储了各种不同频率电磁波在不同自然环境影响下的电波传播经验公式、噪声模型，数据库中也存储了对各种不同频率电磁波在不同传播条件下可能对其传播造成干扰的噪声类型，包括自然环境噪声和人为干扰噪声两大类；所述的综合计算组件按照时间顺序统筹规划其他各组件的调度顺序；所述的时空基准模型为综合计算组件提供时间基准和空间基准点，作为调度和计算的时间零点和地理位置零点；所述的评估组件包括评估无线通信的各种指标参数，对不同通信情况做出对比和评估；所述的可视化组件包括可视化显示的软件和硬件结构，对电磁态势、通信平台、通信场景、评估结果可视化显示。

3.根据权利要求2所述的基于技侦模式的空地通信系统的仿真装置，其特征在于：所述的系统模块将使用用户分为两大类：通信用户和导调方用户；通信用户设置通信平台及其部属，导调方设置通信场景及通信中的自然环境干扰；系统可视化结果和评估结果同时向通信用户和导调方用户显示；对用户的分类实现对通信用户的训练，使通信用户在导调方所设置的通信场景和通信干扰条件下，通过设置不同的通信参数、中继路线方式完成无人机对地面平台的中继效果；

上述系统功能可归纳为五大类：

(1)设置自然环境；自然环境包括地形地貌、噪声环境与气象水文，通过选取地形模型数据库中某地区地图，即得到该区域的地形地貌特征，及高程数据的信息，在仿真开始后地图不能随意更改；对于地面通信产生的各种噪声以及对某地区气象水文各个参数的设置可以在仿真前进行，也可在仿真开始后实时修改；

(2)设置通信装备；需要设置的通信装备主要包括需要进行通信的地面平台，和对信号进行转发的无人机中继平台；两类平台的设置包括对平台类型的选取，参数的设定，以及平台搭载通信载荷的选取与参数设定，仿真开始后平台的各个参数值也可以修改；

(3)部署平台；仿真中包括有运动平台或者固定不动的平台；

对运动平台的部署包括其通信载荷与其他平台进行通信的规划，规划通信双方的平台编号、通信频段、及通信时长；还需部署平台运动路线、及运动速度，通过用户在地图选取运动起始点、终点及多个途经点，设置运动最高加速度、最高运动速度，系统自动生成平台轨迹规划；

对固定平台的部署包括通信载荷规划和设置固定平台的机动方案，所述通信载荷规划，规划内容与运动平台相同；所述机动方案包括开关机时间、及指向性强的一类装备通信的方向；

(4)可视化显示；用户可选择仿真过程中对各通信平台电波传播场强二维可视化显示，或对地图任意区域融合电磁态势的二维或三维可视化显示；

(5)仿真结果评估；评估结果有两类：一是任务效能指标，评估本次仿真中设置的无人机通信参数及路径规划是否能完成所有地面通信平台的通信规划；二是技术性能指标，评估并对比通过无人机中继的通信方式和仅采用视距通信，两种通信方式的通信质量；指标参数包括信号延迟时间、信号连通率、信号连通个数、同时服务用户数；

其中导调方用户可实现第(1)、第(4)、第(5)项功能，即设置自然环境、进行可视化显示和仿真结果评估；通信用户可实现第(2)、第(3)、第(4)、第(5)项功能，即设置通信装备、部署平台，进行可视化显示和仿真结果评估。