一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法与流程

本发明涉及卫星通信，特别涉及一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法。

背景技术：

1、由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽等显著优点，是无线通信中一个重要的分支。旋翼飞行平台具有机动灵活等优点，结合卫星通信后，可以广泛应用于抗震救灾、地形勘探等场景。但现有旋翼飞行平台的卫星天线安装位置受限，天线接收的信号会被旋翼周期性遮挡，以直升机为例，其天线大都安装在尾梁上，这使得直升机在进行卫星通信过程中收到机翼旋转的遮挡，导致信号传输特性受到影响。参考飞行器与卫星通信间的有效通信时间与传输效率，需要对遮挡过程进行模拟与仿真。现有旋翼遮挡的模型是通过考虑尽可能多的物理参数来试图还原旋翼遮挡问题，其参数较多且复杂，同时要求用户在信号处理与飞行器领域均有一定知识储备，这种情况会大大提升旋翼遮挡模拟使用的难度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，能够大大减少目前旋翼遮挡模型中旋翼遮挡物理仿真参数，降低了旋翼遮挡仿真的难度。

2、本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：

3、一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，包括如下步骤：

4、获取原有旋翼遮挡模型，并获取原有旋翼遮挡模型的等效模型的目标参数；

5、使用目标参数构建原有旋翼遮挡模型的等效模型；

6、利用等效模型进行旋翼遮挡仿真。

7、作为进一步优化，所述目标参数包括衰落占空比r、周期t、斜率p和衰落功率幅度p。

8、作为进一步优化，所述周期t通过螺旋桨叶片的旋转速度v旋律和叶片数量n确定，其表示为：

9、

10、作为进一步优化，在周期t已知的条件下，通过衰落占空比r和斜率p等效替代原有旋翼遮挡模型中与旋翼遮挡仿真相关的参数；

11、其中，衰落占空比r定义为：

12、

13、斜率p定义为：

14、

15、其中，d1为天线口径，d2为螺旋桨旋翼的叶片宽度，r等效为在卫星入射方向上，由桨毂和叶片在尾梁方向上的投影形成的相对叶片有效半径，当飞行器沿任意航向飞行时，其计算方法如下：

16、

17、其中，d为天线中心相对桨毂的水平距离，v为单位时间内飞行器的移动距离，β为v、d的夹角；

18、t1为天线完全未被遮挡的时间，其表示为：

19、

20、作为进一步优化，所述斜率p的取值存在两种情况：p<0.5和p>0.5；

21、当叶片宽度d2大于天线口径d1时，p<0.5，每个周期内存在一定时间，使得天线完全被叶片遮挡，在仿真过程中表现为一段时间内衰落功率幅度p持续不变；

22、当叶片宽度d2小于天线口径d1时，p>0.5，一个周期内存在一定时间，使得空间角度来讲天线被遮挡的面积几乎不变，且不是全遮挡，在仿真过程中同样表现为一段时间内衰落功率幅度p持续不变。

23、作为进一步优化，利用等效模型进行旋翼遮挡仿真过程中：

24、信号接收增益图分为三段：0增益状态的相对稳定状态、最大衰落的相对稳定状态和接收增益正在变化的过渡态；

25、对应天线与机翼的三种相对状态：未被遮挡状态、完全被遮挡状态和遮挡面积正在变化的过渡态。

26、作为进一步优化，当周期确定时，只需要确定接收信号0增益占比、过渡态时长和最大衰落相对稳定状态时长即可完成对所有情况的仿真。

27、作为进一步优化，设计的直接目标参数是最大衰落时的增益幅度，过度态时长用斜率进行描述，卫星相对接收天线的仰角α变换会导致接收信号强度的不同，同样通过预设不同的衰落功率幅度p进行仿真，因此目标参数中的衰落占空比r、斜率p和衰落功率幅度p变为衰落占空比r、最大衰落功率幅度pmax和斜率p。

28、作为进一步优化，所述利用等效模型进行旋翼遮挡仿真，其具体包括如下步骤：

29、步骤一，输入五个参数：衰落占空比r、周期t、斜率p、输入衰落功率幅度p和采样点数；

30、步骤二，判断斜率p是否合法，若是则跳至步骤四，否则跳至步骤三；

31、步骤三，若p不合法，则就近取合法值；

32、步骤四，根据总采样点数与衰落占空比r分别计算高、低电平数；

33、步骤五，根据斜率p得到过渡态线段，输出等效模型的建模数据，即因旋翼遮照成的功率周期性衰落数据。

34、本发明的有益效果是：通过上述一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，能够基于原有旋翼遮挡模型得出影响通信质量的主要参数，并基于这些较多的主要参数分析出原有旋翼遮挡模型的等效模型的目标参数，并使用目标参数构建原有旋翼遮挡模型的等效模型，最后利用等效模型进行旋翼遮挡仿真，其中等效模型的目标参数数量远远少于原有旋翼遮挡模型得出影响通信质量的主要参数，可以大大降低仿真难度。

技术特征：

1.一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，所述目标参数包括衰落占空比r、周期t、斜率p和衰落功率幅度p。

3.根据权利要求2所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，所述周期t通过螺旋桨叶片的旋转速度v旋转和叶片数量n确定，其表示为：

4.根据权利要求3所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，在周期t已知的条件下，通过衰落占空比r和斜率p等效替代原有旋翼遮挡模型中与旋翼遮挡仿真相关的参数；

5.根据权利要求4所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，所述斜率p的取值存在两种情况：p＜0.5和p＞0.5；

6.根据权利要求1所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，利用等效模型进行旋翼遮挡仿真过程中：

7.根据权利要求6所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，当周期确定时，只需要确定接收信号0增益占比、过渡态时长和最大衰落相对稳定状态时长即可完成对所有情况的仿真。

8.根据权利要求6所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，设计的直接目标参数是最大衰落时的增益幅度，过度态时长用斜率进行描述，卫星相对接收天线的仰角α变换会导致接收信号强度的不同，同样通过预设不同的衰落功率幅度p进行仿真，因此目标参数中的衰落占空比r、斜率p和衰落功率幅度p变为衰落占空比r、最大衰落功率幅度pmax和斜率p。

9.根据权利要求8所述的一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，其特征在于，所述利用等效模型进行旋翼遮挡仿真，其具体包括如下步骤：

技术总结
本发明属于卫星通信领域，为了解决在目前的旋翼遮挡仿真过程中需要参考的参数过多且不直接、使用门槛高和难以理解与使用的问题，本发明提出了一种应用于无线信仿真仪旋翼遮挡的建模方法，包括如下步骤：获取原有旋翼遮挡模型，并获取原有旋翼遮挡模型的等效模型的目标参数；使用目标参数构建原有旋翼遮挡模型的等效模型；利用等效模型进行旋翼遮挡仿真。本发明能够通过对现有旋翼遮挡模型的参数进行分析推导，提出在能够模拟旋翼遮挡的前提下，对该模型进行简化，规避了大部分旋翼遮挡物理仿真参数，并完成了仅使用少量目标参数便能对所有理论情况进行仿真的建模方法，极大地降低了进行旋翼遮挡仿真的门槛。

技术研发人员：张吉林,李鹏,李文军,沈亮,王川,王维,徐森金
受保护的技术使用者：成都坤恒顺维科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16