无线信道大尺度衰落因子计算方法和系统的制作方法
【专利摘要】一种无线信道大尺度衰落因子计算系统，其包括模型创建模块，用于建立球面反射两径模型；初始化模块，用于初始化天线特性和地表特性；球面反射系数计算模块，用于计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数；路径损耗计算模块，用于计算反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁波损耗；阴影衰落计算模块，用于计算电磁波在实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落；结果输出模块，用于确定总的大尺度衰减因子。本发明还提供一种无线信道大尺度衰落因子计算方法。所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统及方法贴近通信建模及系统测评的需求。
【专利说明】无线信道大尺度衰落因子计算方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线信道【技术领域】，尤其涉及一种适用于无人机远场飞行的无线信道大尺度衰落因子计算方法及系统。
【背景技术】
[0002]无人机作为一种新型高技术装备在现代战争中发挥着越来越重要的作用。无人机通信性能的正常发挥对于实现整个部队的战技性能具有决定性作用。现代战场环境越来越复杂，对无人机通信的有效性和可靠性提出了更高的要求。无线信道模型对于评估任何数字移动通信系统的性能都是至关重要的，信道的特性对于信号的传输有着极大的影响。无人机通信信道属于无线信道，是影响通信数据链路性能的一个关键因素，对无线信道中高速可靠的信息传输是一个极大的挑战。因此，建立适合无人机特性的信道模型对于评估及改善无人机数据链路有着重要的作用。无人机通信系统的无线信道属于移动的无线信道，其传播模型一般可分为大尺度衰落模型和小尺度衰落模型两种。大尺度衰落模型主要用于描述发射机与接收机之间长距离(数百波长量级)的接收信号强度的缓慢变化；小尺度衰落模型用于描述短距离(几个波长量级)或短时间(微秒级)内接收信号强度的快速变化。
[0003]为了评估无人机通信系统的性能，一般需要根据无人机不同的飞行状态和飞行环境，建立相应的通信信道模型。为了表征无人机经过较大距离运动而引起的平均接收功率的衰减，在进行算法仿真前，需要首先确定大尺度衰落因子。传统计算方法仅简单考虑了自由空间的路径损耗，未考虑实际环境中由于粗糙地表反射所引发的电磁波损耗、高大建筑物遮挡所引发的阴影衰落以及地球曲率的影响，难以贴近通信建模及系统测评的需求。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，有必要提供一种兼顾电磁波损耗、阴影衰落及地球曲率的无线信道大尺度衰落因子计算系统。
[0005]另外，还有必要提供一种无线信道大尺度衰落因子计算方法。
[0006]一种无线信道大尺度衰落因子计算系统，用于无人机远场飞行，该无线信道大尺度衰落因子计算系统包括:
模型创建模块，用于建立球面反射两径模型；
初始化模块，用于初始化天线特性和地表特性；
球面反射系数计算模块，用于计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数；
路径损耗计算模块，用于计算反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁波损耗；
阴影衰落计算模块，用于计算电磁波在实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落；
结果输出模块，用于依据反射路径的电磁波损耗及阴影衰落确定总的大尺度衰减因子。
[0007]—种无线信道大尺度衰落因子计算方法，其包括如下步骤:
建立球面反射两径模型；
初始化天线特性和地表特性；
计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数；
计算反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁波损耗；
计算电磁波在实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落；
依据反射路径的电磁波损耗和阴影衰落计算总的大尺度衰落因子。
[0008]所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统及方法通过引入电磁波损耗、阴影衰落及球面反射系数以确定大尺度衰落因子，其可准确地描述反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁能量衰减，并准确地描述无人机在远场飞行时由于地球曲率所引发的球面反射影响，同时采用本发明所提供的无线信道大尺度衰落因子计算方法可以较为准确地描述实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明较佳实施方式的无线信道大尺度衰落因子计算系统的运行环境示意图。
[0010]图2为图1所示的无线信道大尺度衰落因子计算系统的模型创建模块所建立的球面反射两径模型图。
[0011]图3为本发明较佳实施方式的无线信道大尺度衰落因子计算方法的流程图。
[0012]主要元件符号说明
【权利要求】
1.一种无线信道大尺度衰落因子计算系统，用于无人机远场飞行，其特征在于，该无线信道大尺度衰落因子计算系统包括: 模型创建模块，用于建立球面反射两径模型； 初始化模块，用于初始化天线特性和地表特性； 球面反射系数计算模块，用于计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数； 路径损耗计算模块，用于计算反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁波损耗； 阴影衰落计算模块，用于计算电磁波在实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落； 结果输出模块，用于依据反射路径的电磁波损耗及阴影衰落确定总的大尺度衰减因子。
2.如权利要求1所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述初始化模块用于初始化天线增益及初始化天线极化特性。
3.如权利要求1所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述球面反射系数计算模块用于计算地表的复介电常数，即复介电常数ε= ￡-,-JX(660,1?),其中为相对介电常数，Λ为电磁波波长，力电导率。
4.如权利要求3所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述球面反射系数计算模块用于计算光滑平面地表的反射系数，即光滑平面地表的反射系数
5.如权利要求4所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述球面反射系数计算模块用于计算曲面扩展因子，即曲面扩展因子
6.如权利要求5所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述球面反射系数计算模块用于计算散射损失因子，即散射损失因子
7.如权利要求6所述的无线信道大尺度衰落因子计算系统，其特征在于，所述球面反射系数计算模块用于计算粗糙曲面地表的反射系数，即粗糙曲面地表的反射系数& = ?办。
8.一种无线信道大尺度衰落因子计算方法，其特征在于:该无线信道大尺度衰落因子计算方法包括如下步骤:建立球面反射两径模型； 初始化天线特性和地表特性； 计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数； 计算反射路径的电磁波随着地表粗糙度的增加所引发的电磁波损耗； 计算电磁波在实际传播环境中由于建筑物遮挡所引发的阴影衰落； 依据反射路径的电磁波损耗和阴影衰落计算总的大尺度衰落因子。
9.如权利要求8所述的无线信道大尺度衰落因子计算方法，其特征在于，所述初始化天线特性的步骤具体包括初始化天线增益及初始化天线极化特性。
10.如权利要求8所述的无线信道大尺度衰落因子计算方法，其特征在于，所述计算无人机在远场飞行时由于球面曲率所引发的球面反射系数的步骤具体包括如下子步骤: 计算地表的复介电常数，即复介电常数已:
【文档编号】H04B17/00GK103701534SQ201310660219
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】周智勋, 何丽, 梁尧, 陈翔, 徐迪宇 申请人:深圳清华大学研究院