[发明专利]面向无人机通信的几何随机信道模型的实时仿真方法

说明书

本发明公开了一种面向无人机通信的几何随机信道模型的实时仿真方法，综合考虑了无人机、地面移动台和散射体的随机移动，到达角和离开角均采用了灵活通用的二维统计分布，其支持信道衰落、时延、功率和角度等随机时变仿真参数，同时本发明仿真方法可以保证输出信道衰落、时延谱和功率谱的平滑过渡，从而保证无人机信道状态之间的连续性。

技术领域：

本发明涉及面向无人机通信的几何随机信道模型的实时仿真方法，其属于无人机通信领域。

背景技术：

无人机具有架构简单、可动态部署、造价低廉、减少人员伤亡的特点，已在各个领域扮演着极其重要的角色。无人机在飞行过程中需要通过通信链路与地面控制中心持续进行数据传输。由于无人机信号传播环境复杂多变，无人机通信系统的研制需要进行大量的测试试验。近年来室内模拟测试因具有节约成本、方便对实验信号进行控制和重复测试且保密性高等优点受到越来越多的重视。因此，建立合适的三维动态几何随机信道模型并实时仿真，对无人机通信设备的室内模拟测试具有重要意义。

在无人机通信场景中，无线电波受地面起伏、山脉、建筑以及植被等引起的地面反射和散射以及机身快速变化的影响，使接收端的信号是由地面反射及周围障碍物散射等许多传播路径信号叠加而成的。由于无人机和地面移动台都处在快速运动的状态，不同时刻对应于不同的信道状态，每个信道状态都呈现各自的信道衰落特性，因而无人机信道具有时变特性，也称为非平稳特性。目前，大部分无人机信道模型是将非平稳信道分为多个平稳信道进行研究，忽视了信道之间的连续性，导致输出信道衰落、时延谱、功率谱与实际情况不符合。因此，研究符合真实场景下的面向无人机通信的一种几何随机信道模型及实时仿真方法是有必要的。

发明内容：

为了准确分析并复现无人机在飞行过程中的无线通信链路状况，本发明提出了一种面向无人机通信的几何随机信道模型的实时仿真方法。

本发明所采用的技术方案有：一种面向无人机通信的几何随机信道模型的实时仿真方法，包括如下步骤：

第一步：建立几何随机信道模型，将第p根接收天线和第q根发射天线之间的子信道h_qp(t,τ)建模为

其中，表示视距路径的功率、信道衰落、时延；和表示第n条非视距路径的功率、信道衰落、时延；N表示非视距路径可能的最大数目；B_n(t)代表两种逻辑状态的布尔变量，B_n(t)＝0表示路径不存在，B_n(t)＝1 表示路径存在；

第二步：计算视距路径信道衰落和非视距路径信道衰落的方法如下：

1)计算无人机位置旋转矩阵R^T(t)和移动台位置旋转矩阵R^R(t)，方法如下：

其中，分别表示无人机移动速度的方位角和俯仰角；分别表示移动台移动速度的方位角和俯仰角；

2)计算视距路径中无人机归一化方向矢量和移动台归一化方向矢量方法如下：

其中，分别表示视距路径中无人机端信号离开角的方位角和俯仰角；分别表示视距路径中移动台端信号到达角的方位角和俯仰角；

3)计算第n条非视距路径第m支路中，无人机归一化方向矢量和移动台归一化方向矢量方法如下：

其中，分别表示第n条非视距路径第m支路离开角的方位角和俯仰角；分别表示第n条非视距路径第m支路到达角的方位角和俯仰角；

4)计算视距路径的信道衰落方法如下：