[發(fā)明專利]一種無人機(jī)通信信道沖激響應(yīng)確定方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111062500.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN113746533B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白露;杜皓華;徐小雅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B7/185
• 分類號(hào): H04B7/185;H04B17/391
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 董領(lǐng)遜

1.一種無人機(jī)通信信道沖激響應(yīng)確定方法，其特征在于，包括：

根據(jù)無人機(jī)通信環(huán)境的散射簇的生成率和結(jié)合率，生成散射簇在初始時(shí)間的初始個(gè)數(shù)；

利用K均值聚類算法對(duì)散射簇進(jìn)行分類，得到多個(gè)散射簇組；

根據(jù)同一個(gè)散射簇組中不同的散射簇之間的相關(guān)系數(shù)確定無人機(jī)端和地面接收站相應(yīng)的散射簇的空間演進(jìn)幸存概率；

根據(jù)無人機(jī)端和地面接收站的散射簇的空間演進(jìn)幸存概率確定相應(yīng)散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合；

根據(jù)散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合確定第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

根據(jù)第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定相應(yīng)的子信道的總信道沖激響應(yīng)；

確定每個(gè)散射簇的時(shí)間演進(jìn)幸存概率；并根據(jù)每個(gè)散射簇的時(shí)間演進(jìn)幸存概率更新散射簇的個(gè)數(shù)；并返回所述利用K均值聚類算法對(duì)散射簇進(jìn)行分類，得到多個(gè)散射簇組的步驟；

所述根據(jù)同一個(gè)散射簇組中不同的散射簇之間的相關(guān)系數(shù)確定無人機(jī)端和地面接收站相應(yīng)的散射簇的空間演進(jìn)幸存概率，具體包括：

利用公式確定同一個(gè)散射簇組的第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)；

利用公式和公式確定無人機(jī)端和地面接收站的第i個(gè)散射簇的空間演進(jìn)幸存概率；

其中，Γ_ij(t，f)為第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)，β是相關(guān)因子，根據(jù)不同的市區(qū)或郊區(qū)場(chǎng)景，在0-1范圍內(nèi)進(jìn)行取值，η是頻率相關(guān)因子，由該場(chǎng)景與頻率的相關(guān)程度決定，τ_i和τ_j是第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇的時(shí)延，而在不同散射簇組的第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)＝0，δ_T和δ_R分別是發(fā)射端和接收端的天線間隔，是散射簇非平穩(wěn)的空間相關(guān)距離系數(shù)，H是無人機(jī)的t0時(shí)刻的初始高度，是無人機(jī)的飛行速度矢量的垂直方向分量，其中，p_j和q_j是狀態(tài)轉(zhuǎn)換因子，當(dāng)?shù)趈個(gè)散射簇是幸存狀態(tài)時(shí)，p_j＝1和q_j＝0，當(dāng)?shù)趈個(gè)散射簇是消失狀態(tài)時(shí)，p_j＝0和q_j＝1，f為當(dāng)前頻率，f_c為載頻；

所述根據(jù)散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合確定第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)，具體包括：

利用公式

確定第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇可同時(shí)被第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

利用公式

確定第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

其中，和分別是接收端和發(fā)射端的多普勒頻偏，是第l根發(fā)射天線經(jīng)過第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇傳輸?shù)降趉根接收天線的相位，分別是該直射路徑信道沖激響應(yīng)的多普勒頻偏，是該直射路徑信道沖激響應(yīng)的相位，λ_G和λ_R分別為無人機(jī)通信環(huán)境的散射簇的生成率和結(jié)合率；

所述根據(jù)第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定相應(yīng)的子信道的總信道沖激響應(yīng)，具體包括：

利用公式

確定相應(yīng)的子信道的總信道沖激響應(yīng)；

其中，K是直射路徑參數(shù)，S_n,m是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇中射線的個(gè)數(shù)，是直射路徑的時(shí)延，τ_kl,n,m,s是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇第s條射線的時(shí)延，P_n,m,s是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇第s條射線的功率，M(t)＝G(t)/N(t)，G(t)為t時(shí)刻散射簇的個(gè)數(shù)，N(t)為t時(shí)刻散射簇組的個(gè)數(shù)。

2.一種無人機(jī)通信信道沖激響應(yīng)確定系統(tǒng)，其特征在于，包括：

散射簇的初始個(gè)數(shù)確定模塊，用于根據(jù)無人機(jī)通信環(huán)境的散射簇的生成率和結(jié)合率，生成散射簇在初始時(shí)間的初始個(gè)數(shù)；

散射簇分類模塊，用于利用K均值聚類算法對(duì)散射簇進(jìn)行分類，得到多個(gè)散射簇組；

散射簇的空間演進(jìn)幸存概率確定模塊，用于根據(jù)同一個(gè)散射簇組中不同的散射簇之間的相關(guān)系數(shù)確定無人機(jī)端和地面接收站相應(yīng)的散射簇的空間演進(jìn)幸存概率；

散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合確定模塊，用于根據(jù)無人機(jī)端和地面接收站的散射簇的空間演進(jìn)幸存概率確定相應(yīng)散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合；

直射路徑的信道沖激響應(yīng)和非直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定模塊，用于根據(jù)散射簇的可見發(fā)射端天線集合和可見接收端天線集合確定第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

總信道沖激響應(yīng)確定模塊，用于根據(jù)第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)和直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定相應(yīng)的子信道的總信道沖激響應(yīng)；

散射簇的個(gè)數(shù)更新模塊，用于確定每個(gè)散射簇的時(shí)間演進(jìn)幸存概率；并根據(jù)每個(gè)散射簇的時(shí)間演進(jìn)幸存概率更新散射簇的個(gè)數(shù)；并返回所述利用K均值聚類算法對(duì)散射簇進(jìn)行分類，得到多個(gè)散射簇組的步驟；

所述散射簇的空間演進(jìn)幸存概率確定模塊具體包括：

相關(guān)系數(shù)確定單元，用于利用公式確定同一個(gè)散射簇組的第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)；

散射簇的空間演進(jìn)幸存概率確定單元，用于利用公式和公式確定無人機(jī)端和地面接收站的第i個(gè)散射簇的空間演進(jìn)幸存概率；

其中，Γ_ij(t，f)為第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)，β是相關(guān)因子，根據(jù)不同的市區(qū)或郊區(qū)場(chǎng)景，在0-1范圍內(nèi)進(jìn)行取值，η是頻率相關(guān)因子，由該場(chǎng)景與頻率的相關(guān)程度決定，τ_i和τ_j是第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇的時(shí)延，而在不同散射簇組的第i個(gè)散射簇和第j個(gè)散射簇之間的相關(guān)系數(shù)＝0，δ_T和δ_R分別是發(fā)射端和接收端的天線間隔，是散射簇非平穩(wěn)的空間相關(guān)距離系數(shù)，H是無人機(jī)的t0時(shí)刻的初始高度，是無人機(jī)的飛行速度矢量的垂直方向分量，其中，p_j和q_j是狀態(tài)轉(zhuǎn)換因子，當(dāng)?shù)趈個(gè)散射簇是幸存狀態(tài)時(shí)，p_j＝1和q_j＝0，當(dāng)?shù)趈個(gè)散射簇是消失狀態(tài)時(shí)，p_j＝0和q_j＝1，f為當(dāng)前頻率，f_c為載頻；

所述直射路徑的信道沖激響應(yīng)和非直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定模塊具體包括：

非直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定單元，用于利用公式

確定第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇可同時(shí)被第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的非直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

直射路徑的信道沖激響應(yīng)確定單元，用于利用公式

確定第l根發(fā)射天線到第k根接收天線的子信道的直射路徑的信道沖激響應(yīng)；

其中，和分別是接收端和發(fā)射端的多普勒頻偏，是第l根發(fā)射天線經(jīng)過第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇傳輸?shù)降趉根接收天線的相位，分別是該直射路徑信道沖激響應(yīng)的多普勒頻偏，是該直射路徑信道沖激響應(yīng)的相位，λ_G和λ_R分別為無人機(jī)通信環(huán)境的散射簇的生成率和結(jié)合率；

所述總信道沖激響應(yīng)確定模塊具體包括：

總信道沖激響應(yīng)確定單元，用于利用公式

確定相應(yīng)的子信道的總信道沖激響應(yīng)；

其中，K是直射路徑參數(shù)，S_n,m是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇中射線的個(gè)數(shù)，是直射路徑的時(shí)延，τ_kl,n,m,s是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇第s條射線的時(shí)延，P_n,m,s是第n個(gè)散射簇組的m個(gè)散射簇第s條射線的功率，M(t)＝G(t)/N(t)，G(t)為t時(shí)刻散射簇的個(gè)數(shù)，N(t)為t時(shí)刻散射簇組的個(gè)數(shù)。