摘要：通過分析戰(zhàn)術(shù)無人機無線移動信道的傳播特點以及信道模型特性研究，得出航空下行傳輸信道主要受反射分量支配的結(jié)論，當(dāng)反射分量較大時，信道特性接近瑞利信道，反射分量較小時，信道特性接近高斯白噪聲信道。通過對實測航空信道參數(shù)進行誤碼性能分析，驗證了以上結(jié)論。分析結(jié)論對于建立準(zhǔn)確的戰(zhàn)術(shù)無人機下行信道模型，提高戰(zhàn)術(shù)無人機作戰(zhàn)使用效能具有重要作用。
關(guān)鍵詞：無人機下行鏈路;三徑模型;萊斯因子;正交頻分復(fù)用
隨著航空技術(shù)的高速進步和人工智能技術(shù)的發(fā)展，無人軍事裝備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭及非戰(zhàn)爭軍事行動中應(yīng)用越來越廣泛，在作戰(zhàn)偵察及反恐等領(lǐng)域獲得了長足的發(fā)展。無人機(UnmannedAerialVehicle,UAV)憑借其靈活性高、使用方便、機載配置多樣化等特點得到了越來越多的應(yīng)用和重視。
無人機論文范例： 無人機影像處理技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用
隨著目前無人機搭載偵查設(shè)備日漸多樣化，載荷不斷提高，其下行通信鏈路需要傳輸?shù)男畔⒎N類不斷增多，對其數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高的要求。為了提高無人機數(shù)據(jù)傳輸速率，必須對其通信鏈路進行分析，通信鏈路信道特性是提高通信傳輸速度的基礎(chǔ)問題[1-3]。
無人機下行鏈路信道除了具有無線通信基本特點之外，兼具低仰角地空通信鏈路信道和移動通信信道特點，比一般的無線信道更加復(fù)雜，研究戰(zhàn)術(shù)無人機下行鏈路的信道特征，進而建立準(zhǔn)確的信道模型，對于提高戰(zhàn)術(shù)無人機作戰(zhàn)使用效能具有重要作用[4-5]。
1無人機無線移動信道的傳播特性
無人機移動信道本身屬于無線電波，在空中傳播過程中受到空間環(huán)境各種因素的影響，表現(xiàn)出多種衰落特征，比如收發(fā)兩端帶來的路徑損耗，信號傳輸中會受到反射及散射等影響，一般可以將對信道的影響區(qū)分為大規(guī)模衰落和小規(guī)模衰落[6]。
1.1無線信道大規(guī)模衰落模型
大規(guī)模衰落通常表現(xiàn)為通信目標(biāo)大范圍移動造 成的路徑衰落和平均信號能量的衰減，這是無線通信領(lǐng)域中最普遍的損耗形式。
1.2無線信道小規(guī)模衰落模型
在工程實踐中基站位置安排、發(fā)射功率設(shè)置等工作中小規(guī)模衰落是需要考慮的關(guān)鍵問題，研究調(diào)制方法的應(yīng)用時主要關(guān)注點也在于小規(guī)模衰落。小規(guī)模衰落是信號在較小距離或較短時間內(nèi)幅值、相位劇烈的動態(tài)變化，具體表現(xiàn)為兩種形式：信號的時延擴展和信道的時變特性。信號時延擴展是由信道多徑干擾引起的，信號傳播過程中受到反射、散射等多種原因，到達(dá)接收端的時間不同，因此，接收端就會收到不同時延信號的疊加，由于不同反射路徑的信號幅度、相位、入射角各有不同，使疊加而成的接收信號幅度、相位產(chǎn)生失真[8-11]。
1.3無線信道小規(guī)模衰落信道特性
根據(jù)多普勒頻移fd與信號帶寬fs的關(guān)系，可以將信道分為快衰落信道和慢衰落信道。當(dāng)fs>fd時，信道呈現(xiàn)慢衰落特性，信道特性在一個碼元持續(xù)時間里保持不變。當(dāng)fs
由上述分析可知，為使信號在無線移動信道傳輸過程中不發(fā)生頻率選擇性失真和快衰落失真，必須綜合考慮信號的時延擴展和信道的時變性。在時域表現(xiàn)為信號碼元持續(xù)時間Ts時需滿足Tm
2戰(zhàn)術(shù)無人機下行通信鏈路信道模型特性分析
2.1戰(zhàn)術(shù)無人機信道模型分析
由于戰(zhàn)術(shù)無人機地面站設(shè)有高增益的定向天線，下行鏈路信道存在一個較強的直視信號。同時，信號傳輸過程中存在反射與散射現(xiàn)象，因此，戰(zhàn)術(shù)無人機下行鏈路信道屬于低測控仰角的航空信道。早期的航空信道研究并沒有提出明確的數(shù)學(xué)模型，自Bello提出了多普勒頻譜表達(dá)式后[12]，相關(guān)的研究逐漸增多。
文獻(xiàn)[13]建立了航空下行通信鏈路的數(shù)學(xué)模型，其系統(tǒng)帶寬為5MHz，并且指出信道的萊斯因子介于2~20dB之間。HassE在總結(jié)前人工作基礎(chǔ)上，針對航空信道建立了時域抽頭延遲線模型，該航空信道模型由一個較強的直視分量和若干散射分量構(gòu)成[11-15]。無人機在起飛/降落時測控仰角較大，信號強度較大，多徑干擾最小，信道近似為高斯白噪聲，通信質(zhì)量好。
2.2戰(zhàn)術(shù)無人機下行信道模型
無人機飛行過程分為3個主要狀態(tài)，即起飛/降落狀態(tài)、途中飛行狀態(tài)和任務(wù)區(qū)域盤旋狀態(tài)，不同飛行狀態(tài)下信道參數(shù)的典型值如表2所示[10]，文獻(xiàn)[15]提出了一種最大時延擴展的估計方法，當(dāng)飛行距離遠(yuǎn)大于飛行高度時，地空鏈路最大時延擴展近似為飛行高度與光速比值h/c。由于沒有文獻(xiàn)實測戰(zhàn)術(shù)無人機飛行過程中的信道時延擴展值，該文以h/c為信道時延擴展值進行研究，戰(zhàn)術(shù)無人機飛行高度一般在100~4500m間變化，可知多徑時延變化范圍約為0.33~15μs。
2.3戰(zhàn)術(shù)無人機信道模型分析
為研究反射分量對于信道特性的影響，以64點FFT(N=64)的OFDM系統(tǒng)為例，研究該系統(tǒng)通過航空下行信道后BER性能分析航空信道特性[16-18]。
3結(jié)束語
該文分析了戰(zhàn)術(shù)無人機無線移動信道的傳播特點，對下行鏈路信道的幾種典型衰落模型及其各自特點進行了分析。在信道研究基礎(chǔ)上，以常見的OFDM通信系統(tǒng)為例，對實測航空信道參數(shù)進行誤碼性能分析，得出航空下行傳輸信道主要受反射分量支配的結(jié)論，當(dāng)反射分量較大時，信道特性接近瑞利信道，反射分量較小時，信道特性接近高斯白噪聲信道。通過上述分析為戰(zhàn)術(shù)無人機信道建模提供了參考借鑒,對于建立準(zhǔn)確的戰(zhàn)術(shù)無人機下行信道模型，提高戰(zhàn)術(shù)無人機作戰(zhàn)效能具有重要作用[19-20]。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳潛.無人機測控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電訊技術(shù),2009(9):90-94.
[2]陸曉剛.民用航空空地通信應(yīng)用和發(fā)展[J].中國新通信,2016,18(5):22-23.
[3]彭雪海,熊磊.基于層次布局法的多節(jié)點通信信道優(yōu)化方法[J].電子設(shè)計工程,2019(22):128-132.
[4]李桂花.外軍無人機數(shù)據(jù)鏈的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].電訊技術(shù),2014(6):851-856
作者：鄧海峰，申江江，何勰，劉旭寧，吳一
相關(guān)閱讀
