[发明专利]一种基于LDPC编码的无人机紫外光通信方法

权利要求书

1.一种基于LDPC编码的无人机紫外光通信方法，其特征在于，在无人机上挂载紫外光通信收发装置，并实现与地面控制系统实现信息交互，信号在紫外光通信收发装置的发射端经过LDPC编码后利用BPSK副载波调制方式调制，在接收端经过BPSK副载波调制解调和LDPC译码，恢复原始消息，实现通信，具体操作步骤如下：

步骤1：建立无人机间的无线紫外光通信链路；

步骤2：信号在紫外光通信收发装置的发射端经过LDPC编码后进行信息发送；

步骤3：对步骤2经过LDPC编码发送后的信号在紫外光通信收发装置的接收端进行接收及LDPC解码，即实现了无人机紫外光通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于LDPC编码的无人机紫外光通信方法，其特征在于，所述步骤1具体如下：

在无人机上挂载紫外光通信收发装置，并实现与地面控制系统实现信息交互，利用单次散射近似法和长椭球坐标系对紫外光链路进行分析，得到紫外光信道t时刻的脉冲响应为：

式中，m是常数，取值为1；

β_T为发射仰角、β_R为接收仰角；

θ_T为发散角半角、θ_R为视场角半角；

k_s和k_e分别为大气散射系数和大气消光系数；

c为光速、r为收发机之间的距离、t表示当前时刻。

3.根据权利要求2所述的一种基于LDPC编码的无人机紫外光通信方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：

利用结构化构造的代数法构造行重和列重固定的去四环规则校验矩阵，首先产生m行n列的零矩阵，然后基于数论中的完全剩余系计算矩阵中1的位置，替换零矩阵中相应位置的元素，从而生成H_m×n矩阵，

LDPC编码的具体步骤为：

步骤2.1：对H_m×n矩阵进行预处理，将所述H_m×n矩阵变换成近似下三角矩阵，即：

其中，T为对角线上全为1的下三角矩阵，除D外，其余都为稀疏矩阵，g为近似下三角矩阵与下三角矩阵的差距，并且为使编码有效、g应尽量小；

步骤2.2：计算校验信息，信号源s经过LDPC编码成x(n)＝[s p1 p2]，p1是长为g的校验信息、p2是长为m-g的校验信息

式中，I为单位矩阵，左乘矩阵是为了判断-ET^-1B+D是否可逆，若不可逆则重新生成H_m×n矩阵，若可逆令-ET^-1B+D＝φ，根据H·x(n)^T＝0^T有：

解出p1^T＝-φ^-1(-ET^-1A+C)s^T，p2^T＝-T^-1(AS^T+Bp1^T)转置合并后得到编码后码字x(n)，并将码字x(n)信息由发射端发送，经由紫外光信道传输。

4.根据权利要求3所述的一种基于LDPC编码的无人机紫外光通信方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

编码后码字x(n)经过紫外光信道是一个与单位脉冲响应卷积的过程，对脉冲信号h(t)按码元间隔进行采样得到h(k)，h(k)再与码字x(n)卷积，忽略光噪声的影响，将过程中的其它噪声用高斯白噪声ω(n)表示，接收端收到的信号表示为

其中，L表示码间干扰的程度，L越大码间干扰越严重；

采用置信传播BP算法对信号y(n)进行解码，BP译码每次迭代都以概率形式对校验节点和变量节点处理，计算得到的概率沿着校验矩阵位置为1的连线传递，具体步骤为：

步骤3.1：信道传递给变量节点i的初始概率为p_i(1)，p_i(0)＝1-p_i(1)，i＝1,2,…,n，变量节点i传向校验节点j初始概率为

式中p_i(0)是节点为0时，信道传递给变量节点的初始概率，

p_i(1)是节点为1时，信道传递给变量节点的初始概率，

是节点为0时，变量节点传向校验节点的初始消息，

是节点为1时，变量节点传向校验节点的初始消息，

y_i是y(n)的第i个元素，i＝1,2,…,n；y_i是均值为1、方差为σ²的高斯变量；

步骤3.2：校验节点消息处理，即横向处理

式中，l表示迭代次数，

r_ji(0)为节点为0时校验节点j传递给变量节点i的外部概率信息；

r_ji(1)为节点为1时校验节点j传递给变量节点i的外部概率信息；

R_j表示与校验节点j相连的变量节点的集合；

R_j\i为除i外与校验节点j相连的变量节点的集合；

q_i'j(0)为节点为0时除i外与校验节点j相连的变量节点传给校验节点j的外部概率信息；

q_i'j(1)为节点为1时除i外与校验节点j相连的变量节点传给校验节点j的外部概率信息；

步骤3.3：变量节点消息处理，即纵向处理

式中，q_ij(0)为节点为0时变量节点i传递给校验节点j的外部概率信息；

q_ij(1)为节点为1时变量节点i传递给校验节点j的外部概率信息；

C_i表示与变量节点i相连的校验节点的集合；

C_i\j为除j外与变量节点i相连的校验节点的集合；

K_ij是变量节点的校正因子，为常数，以保证q_ij^(l)(0)+q_ij^(l)(1)＝1；

r_j'i(0)为节点为0时除j外与变量节点i相连的校验节点传递给变量节点i的外部概率信息；

r_j'i(1)为节点为1时除j外与变量节点i相连的校验节点传递给变量节点i的外部概率信息；

步骤3.4：译码判决

对所有变量节点计算判决消息，当时判决为1，否则为0，得该次译码矢量为：

其中，K_i是校正译码矢量的校正因子，以保证Q_i(0)+Q_i(1)＝1；

步骤3.5：迭代停止判决

若满足或达到最大迭代次数，则译码结束，否则继续上述步骤3.2至步骤3.4直到达到最大迭代次数，即完成对所有经过LDPC编码的信号的接收和解码。