[发明专利]一种用于无人机通信的波束追踪方法与系统

权利要求书

1.一种用于无人机通信的波束追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

地面用户终端初始化信道估计，获取初始化波束角度向量；

地面用户终端和无人机基站分别根据定位信息获取k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量；

地面用户终端根据初始化波束角度向量、k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量基于无迹卡尔曼滤波的波束追踪方法进行建模，所述建模包括状态转移方程和测量方程；

地面用户终端根据所述状态转移方程进行信道预测，并获得滤波参数和测量值向量；

地面用户终端根据滤波参数和测量值向量更新滤波参数，并计算最优波束角度；

其中，所述状态转移方程为相关系数为1的差分方程，表达式如下：

θ_k＝θ_k-1+q_k，

式中，θ_k为动态转移方程；q_k为k时刻的噪声向量，其中，q_k∈R^4×1，R^4×1为4×1的实向量空间，q_k～N(0,Q)，N表示正态分布，Q＝σ²I₄，σ²为角度变化方差，表征信道变化的剧烈程度，I₄为4×4的单位矩阵；当k＝1时，θ_k-1等于初始化角度向量θ₀；

其中，所述测量方程为下行链路对导频信号进行发送和接收的波束赋形方程，测量方程的表达式如下：

式中，y_k为测量方程；h_k为第k个时刻的信道；f_k为第k时刻的发送波束赋形向量；w_k第k时刻的接收波束赋形向量；为真实信道的波束离开角俯仰角，为真实信道的波束离开角方位角，为真实信道波束到达角俯仰角；为真实信道波束到达角方位角；当与表示角度的符号一体时，t表示发送，r表示接收；是第k个时刻的加性复高斯白噪声，为复数集合，CN为复高斯分布，是噪声功率；H为共轭转置运算；a_t为发送阵列响应向量；a_r为接收阵列响应向量。

2.根据权利要求1所述的用于无人机通信的波束追踪方法，其特征在于，地面用户终端初始化信道估计，获取初始化波束角度向量的子步骤如下：

接收无人机基站发送的导频信息；

根据导频信息获取信道信息；

根据信道信息估计得到离开角，并反馈给无人机基站，获取初始化波束角度向量。

3.根据权利要求2所述的用于无人机通信的波束追踪方法，其特征在于，所述初始化波束角度向量θ₀表达式如下：

式中，为无人机基站0时刻发送波束的离开角的俯仰角，为无人机基站0时刻发送波束的离开角的方位角，为地面用户终端0时刻接收波束的到达角的俯仰角；为地面用户终端0时刻接收波束的到达角方位角；当与表示角度的符号一体时，t表示发送，r表示接收；T表示转置运算。

4.根据权利要求1所述的用于无人机通信的波束追踪方法，其特征在于，地面用户终端和无人机基站分别根据定位信息获取k时刻的波束角度向量及k时刻的波束赋形向量的子步骤如下：

获取k时刻的波束角度向量；

根据k时刻的波束角度向量获取k时刻的波束赋形向量。

5.根据权利要求4所述的用于无人机通信的波束追踪方法，其特征在于，k时刻系统收发波束赋形向量对应的k时刻的波束角度向量θ_k表示为：

式中，为k时刻无人机基站发送波束的离开角的俯仰角，为k时刻无人机基站发送波束的离开角的方位角，为k时刻地面用户终端接收波束的到达角的俯仰角；为k时刻地面用户终端接收波束的到达角方位角；f表示发送波束赋形；w表示接收波束赋形；T表示转置运算。