[发明专利]无人机集群测控中基于迭代检测的分集接入方法及系统

说明书

本发明涉及无人机集群测控中基于迭代检测的分集接入方法及系统，该方法在发送端使用相同的前导序列作为训练序列，信令部分承载接入节点的信令信息；在接收端通过训练序列对各节点在超帧时隙内的随机接入时隙进行同步检测，然后根据检测结果通过迭代处理获得所有可分辨节点的接入信息；该方法实现了无人机集群接入冲突场景下的信号检测，可实现准时间同步入网、高精度同步估计与低信噪比信令传输，提升系统容量，降低丢包率与传输时延。

技术领域

本发明涉及数字无线通信传输技术领域，特别涉及无人机集群测控中基于迭代检测的分集接入方法及系统。

背景技术

无人机集群实现自组织网络通信是无人机协同作战的前提，无人机集群必须具有自组网通信能力、信息感知能力和链路抗毁能力。该网络应该满足随时有节点加入和离开，拓扑结构随时变化且空间动态性很强的场景需求。无人机自组网由无人机充当网络节点，每个无人机是一个终端系统同时也是其他无人机节点的路由。Ad Hoc网络中数据传输采用竞争的方式接入无线信道提高信息传输的成功率。按照信道获取方式的不同，可用于无人机自组网的无线网络MAC协议主要有：固定分配MAC协议、随机竞争MAC协议和预约MAC协议。随机竞争MAC协议可以划分为ALOHA协议、CSMA协议和CSMA/CA协议等。

(一)CSMA/CA协议。文献“朱晓浪.远距离载波检测无线网络分布式接入协议设计与建模优化.南京：南京航空航天大学，2014.”基于经典DCF协议框架，设计远距离条件下基于CSMA/CA机制的信道接入协议。文献“徐亚楠.无人机自组网窄波束定向同步协议设计与建模分析.南京：南京航空航天大学,2017.“设计了无人机自组织网络窄波束定向主从同步协议与精同步效率分析方法。然而这些基于CSMA/CA思想的协议并不能完全适应无线通信组网真实拥塞状态的变化，尤其是复杂的战场环境各种外界干扰、节点自扰的存在，局部区域网络拥塞状态不会在短时间内快速好转，而是可能在一定时间范围内持续拥塞，因此竞争当前空闲时隙的接入方式采用退避机制，可能要等待相当长的空闲时间以解决碰撞问题，从而浪费了可用时隙，使得组网效率低下，以CSMA为代表的竞争类接入方法并不适用于存在多种外界电磁干扰及节点密度较高的网络环境。

(二)ALOHA协议。在TDMA机制里，ALOHA协议不受传输延时影响，但是冲突概率较高；时隙ALOHA把易受破坏区间从2个分组传输时间缩小成1个分组的传输时间，从而减少了分组碰撞的概率，使系统最大吞吐率比ALOHA方式增加了1倍；冲突解决分集时隙ALOHA(CRDSA)可降低冲突概率但复杂度相对较高。无线传输CSMA/CA冲突避免方式在信道空闲时退避后再竞争，应用在IEEE 802.11标准分布式协调功能(DCF)，也存在隐终端问题。近距离通信系统中，这类协议在分组包传输所需时间大于传播时延时有较好的信道利用率、稳定性以及低延时特性。时隙ALOHA协议广泛应用于手机移动网、WiFi、船舶自动识别系统(AIS)以及卫星甚高频数据交换系统(VDES)等系统中。DSA机制是时隙ALOHA协议的一种变型。用户每次发送分组时首先将待发送的分组复制k份，将这些分组在不同时隙发送，接收端则同一个用户的分组加以区分。

文献“郭晓,张更新,牛大伟等.基于定时模型的VSAT时隙ALOHA系统性能研究[J].计算机科学,2012,39(11):62-64.”研究了卫星通信中准同步时隙ALOHA方式的定时模型、系统性能及最佳保护时隙。文献“常瑞君.适用于卫星通信系统的多址接入技术研究.北京：北京邮电大学,2017.”中利用DAMA接入方式高吞吐量和RA接入方式低时延的优点，设计结合按需分配CFDAMA和随机接入ALOHA两种接入机制的信道分配方案。文献“蒋东霖.测控网络多用户接入技术研究.西安：西安电子科技大学,2017.”设计了基于冲突解决和业务预测的CFDAMA协议，应用了针对自相似业务的混沌指数预测方法来降低平均时延，并采取了基于冲突解决的随机接入策略来高效地解决冲突问题。