[發明專利]一種準確分析高頻段直升機衛星通信信道衰落特性的方法

有效

• 申請號: 201310089539.4
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN103178914A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 譚云華;尚勇;賈澤宇;趙耀環
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H04B17/00
• 分類號: H04B17/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 張肖琪

技術領域

本發明涉及無線信道傳輸特性的研究方法，具體涉及一種準確分析高頻段直升機衛星通信信道衰落特性的方法。

背景技術

特殊環境下的無線信道衰落特性研究一直是通信研究領域的難點問題。對于目前廣泛應用的直升機衛星通信而言，準確分析其無線信道衰落特性，對充分挖掘通信系統容量、優化系統性能具有重要的指導意義。但是由于其衛星通信天線受到旋翼旋轉的遮擋影響，其信道衰落特性不僅與一般的環境影響因素有關，而且與旋翼的動態遮擋效應密切相關，分析起來相當復雜和困難。

目前分析無線信道衰落特性普遍采用基于概率分布模型的方法，這些方法是只考慮了一般環境的統計規律的經驗公式，對分析一般環境的信道特性比較有效，但對特殊環境不再適用，主要原因在于特殊環境往往距離通信天線很近，因此其影響不容忽略，有時甚至超過其他所有外部環境因素的影響。無線信道衰落特性在本質上屬于電波傳播規律問題，因此更準確的研究分析方法是采用或發展基于嚴格麥克斯韋方程組的電磁仿真分析技術。雖然目前國內外已經有了一些專門針對直升機旋翼遮擋問題的電磁仿真技術研究，但是它們在分析時普遍只考慮了直升機旋翼遮擋對通信性能的影響，而缺乏對周邊所有環境因素的系統完整分析，比如沒有考慮直升機所處的山區地勢、樹林等帶來的多徑效應、遮擋效應影響；而且，目前直升機旋翼電磁仿真的分析頻段主要是甚高頻(Very?High?Frequency)VHF（30～300MHz）或特高頻（Ultra?High?Frequency）UHF（300～3000MHz）相對較低的頻段，而對于目前已逐漸走向應用的高頻段，尤其是Ku和Ka頻段（12.5GHz以上）尚未見報道。但是對高頻段進行電磁仿真準確分析會面臨仿真計算量過大、難以實施等一系列實際困難，需要進一步深入研究解決。

由以上分析可知，由于對高頻段（Ku頻段以上）直升機旋翼遮擋問題還缺乏準確有效的電磁仿真分析手段，而對直升機衛星通信信道衰落特性也缺乏考慮所有環境因素影響的系統全面的分析方法。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，為了能夠準確獲得高頻段直升機衛星通信的無線信道衰落特性和規律，本發明提出了一種既包括高頻電磁仿真方法又包括概率分布模型的混合分析方法。

本發明的目的在于提供一種準確分析高頻段（Ku頻段以上）直升機衛星通信信道衰落特性的方法，用于解決現有的高頻段直升機衛星通信無線信道傳輸特性缺乏準確分析手段的問題。

本發明的高頻段直升機衛星通信信道衰落特性的分析方法包括以下步驟：

1）利用電磁仿真方法，準確分析高頻段直升機旋翼旋轉對機載衛星通信天線性能的影響，其中先采用準靜態法將旋翼旋轉狀態下的天線的動態性能等效為一系列離散采樣時刻上旋翼靜止狀態下的天線性能，再利用電磁仿真算法，分析得到直升機在每一個離散的采樣時刻所對應的姿態和旋翼旋轉角度下，靜止旋翼對天線性能的影響；

2）利用概率分布模型，分析除直升機旋翼影響以外的其他一般環境影響因素對直升機衛星通信信道衰落特性的影響；

3）將電磁仿真方法的分析結果和概率分布模型的分析結果進行混合分析，從而獲得高頻段直升機衛星通信信道衰落特性的準確分析結果。

其中，在步驟1）中，準靜態法是指，采用一系列離散的采樣時刻上靜止旋翼對天線輻射場的影響來模擬旋翼旋轉狀態下該天線的動態電磁特性。

直升機在每一個采樣時刻所對應的姿態和旋翼旋轉角度下，通過幾何建模和精確分析得到靜止旋翼對天線性能的影響。采用傳統方法準確分析高頻段直升機旋翼遮擋問題面臨兩大主要難題：一是該分析對象屬于復雜電大尺寸問題，如果完全采用精確仿真的算法，如矩量法，則將面臨待求未知量過多、仿真計算量過大而難以實際求解的難題，如果全部采用高頻近似方法，則會帶來計算精度不足的問題；二是分析該問題需要針對不同的直升機姿態以及旋翼旋轉角度逐一進行仿真分析計算，這就需要大量近似重復的計算，如果采用傳統分析方法將耗費時間過長。

為了解決在分析高頻段（Ku頻段以上）旋翼遮擋問題時所遇到的待求未知量過多且仿真計算量過大問題，本發明采用矩量法精確分析單獨機載衛星通信天線部分的輻射場，采用高頻近似方法分析除機載衛星通信天線以外的其他所有旋翼和機身部分的電磁場。矩量法與高頻近似方法相結合的混合電磁仿真方法，在保證分析精度的同時大幅降低計算復雜度。高頻近似方法包括幾何光學法GO、物理光學法PO、等效電流法MEC、幾何繞射理論GTD、一致性繞射理論UTD、一致性漸進繞射理論UAT以及物理繞射理論PTD。