[發明專利]一種基于幾何隨機的無人機空地MIMO信道建模方法

在審

• 申請號: 202210199505.X
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114567400A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 燕鋒;侯琳;夏瑋瑋;沈連豐;胡靜;宋鐵成
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04B17/391
• 分類號: H04B17/391;H04B7/0413;H04B7/185
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫建朋

1.一種基于幾何隨機的無人機空地MIMO信道建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、構建無人機空地MIMO信道的三維模型，所述無人機空地MIMO信道的三維模型包括在低空三維空間中高速移動的作為發射端的無人機、在地面二維空間中移動的作為接收端的地面站和位于無人機側和地面站側的兩個直圓柱體；

所述無人機的三維移動由速度大小v_T、速度水平角γ_T和速度俯仰角ξ_T表征，且均滿足高斯馬爾可夫移動模型，初始位置為O_T，t_i時刻移動至O_T’；

所述地面站的移動速度大小為v_R，速度水平角為γ_R，初始位置為O_R，t_i時刻移動至O_R’；

所述無人機側的直圓柱體半徑為R_T，表面分布N₁個有效散射體，其中第n₁個有效散射體表示為所述地面站側的直圓柱體半徑為R_R，表面分布N₂個有效散射體，其中第n₂個有效散射體表示為底面分布N₃個地面反射有效散射體，其中第n₃個有效散射體表示為

其中，所述無人機與地面站之間的初始水平距離為D，垂直距離為H，且無人機位置的俯仰角滿足β₀＝arctan(H/D)，地面站所處高度為H₀；

步驟2、使用L_T×L_R天線陣列矩陣描述無人機空地MIMO信道，所述天線陣列為均勻線性天線陣列，無人機側天線陣列T_X的天線旋轉俯仰角ψ_T和旋轉方位角θ_T均為時變角，地面站側天線陣列R_X的天線俯仰角ψ_R和方位角θ_R固定；

步驟3、根據幾何關系推導所述無人機空地MIMO信道由于無人機天線旋轉和無人機三維移動所導致的非平穩時變距離和時變角度；

步驟4、根據無人機側天線傳播信號經由不同散射體傳播到地面站側天線的不同路徑分量信號計算無人機空地MIMO信道的總接收復包絡信號。

2.根據權利要求1所述的基于幾何隨機的無人機空地MIMO信道建模方法，其特征在于，步驟1中無人機的三維移動滿足的高斯馬爾可夫移動模型為：

其中，速度大小在t₀時刻的初始值為v_T(t₀)，俯仰角在t₀時刻的初始值為ξ_T(t₀)；水平角在t₀時刻的初始值為γ_T(t₀)，速度大小在t_i時刻的值為v_T(t_i)，俯仰角在t_i時刻的值為ξ_T(t_i)，水平角在t_i時刻的值為γ_T(t_i)；當i→∞時，速度大小的漸近均值為俯仰角的漸近均值為水平角的漸近均值為ρ_v、ρ_ξ和ρ_γ為[0,1]內的調諧值，ρ_v表征速度大小的隨機性，ρ_ξ表征俯仰角的隨機性，ρ_γ表征水平角的隨機性；L、M和N為服從高斯分布的變量；為保證速度大小、水平角和俯仰角在合理范圍內，速度大小最大值設置為v_Tmax、俯仰角最大值設置為ξ_Tmax、水平角最大值設置為γ_Tmax。