CN114422060B - 一种无人机通信信道模型的构建方法和*** - Google Patents

一种无人机通信信道模型的构建方法和*** Download PDF

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CN114422060B CN202210314388.7A CN202210314388A CN114422060B CN 114422060 B CN114422060 B CN 114422060B CN 202210314388 A CN202210314388 A CN 202210314388A CN 114422060 B CN114422060 B CN 114422060B
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Abstract

本发明给出了一种无人机通信信道模型的构建方法和***，包括：设置天线参数；获取初始时刻的无人机、地面接收机和天线的全局坐标；对时变加速度进行时间积分，得到运动速度；对运动速度进行时间积分，得到第一传输距离矢量；计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量、非直射路径的第一信道冲激响应；计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量以及直射路径的第二信道冲激响应；计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。本发明能够精确描述无人机运动时的三维连续任意轨迹和自旋转的信道特性。

Description

一种无人机通信信道模型的构建方法和***
技术领域
本发明属于无人机通信技术领域，具体涉及一种无人机通信信道模型的构建方法和***。
背景技术
下一代移动通信网络，即6G移动通信网络的研究愿景是实现“空-天-地-海”一体化全覆盖，实现泛在信息融合网络，其中以无人机为代表的6G空基移动通信网络以其组网便捷自由、不受地面灾害限制等优势受到广泛关注。同时，无人机通信在我国军事国防发展研究领域上也发挥着极其重要的作用。
众所周知，完备、深入的无线信道知识和精确且实用的信道模型是成功设计任何无线通信***的基石和根本，然而现有的无人机信道模型并没有完全基于对无人机信道特性的完备且深入了解的基础之上，因而并不能够良好地指导和评价6G空基无人机通信***的设计。目前现有的无人机信道模型都不能够支持描述三维连续任意轨迹和自旋转运动下的无人机信道特性及其变化规律，主要存在如下不足：
1、现有的无人机信道模型没有考虑无人机移动的三维性，在无人机信道模型计算过程中没有考虑无人机独特的参数（如无人机的飞行高度、无人机三维移动速度的垂直方向上的变化）。
2、现有的无人机信道模型的计算是以时间间隔离散计算的，不能模拟无人机的连续运动轨迹。例如，他们在计算过程中，飞行距离是使用速度乘以时间，这样计算方式描绘的轨迹是与时间间隔相关的折线运动轨迹。同时，无人机信道模型中其他诸多参数（多普勒频移）也是如此。
3、现有的无人机信道模型在计算过程中仅能描述速度是时变的，而加速度是时不变的，但是这并不能描述出无人机运动的任意轨迹，例如无人机按照圆形轨迹运动时，无人机的加速度是持续变化且一直垂直于速度的。
4、针对无人机独特的自旋转特性，现有的无人机信道模型都没有考虑无人机在自旋转运动下的信道特性变化。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种无人机通信信道模型的构建方法，该构建方法得到的无人机通信信道模型能够精确描述无人机运动时的三维连续任意轨迹和自旋转的信道特性，为6G空基无人机通信***的***设计和技术研发打下了坚实的基础。
本发明的目的之二，在于提供一种无人机通信信道模型的构建***。
为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
一种无人机通信信道模型的构建方法，所述构建方法包括如下步骤：
步骤一、设置6G空基无人机通信***的天线参数；
步骤二、获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标；
步骤三、获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标；
步骤四、获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
所述时变加速度包括无人机在本地坐标系LCS下的时变加速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的时变加速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度以及各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度；
所述初始速度包括无人机在本地坐标系LCS下的初始速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度；
步骤五、获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；
步骤六、根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量；
步骤七、根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
步骤八、根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量；
步骤九、根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
步骤十、根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
进一步的，步骤三中，所述无人机天线的全局坐标为：
Figure 518510DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为t时刻的无人机第l根天线的全局坐标；
Figure 247825DEST_PATH_IMAGE004
为t时刻的无人机自旋转矩阵；α(t)、β(t)和γ(t)为本地坐标在t时刻的X轴旋转角度、Z轴旋转角度和Y轴旋转角度；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为t时刻的无人机第l根天线的本地坐标。
进一步的，步骤四中，所述不同时刻的无人机的运动速度为：
Figure 800161DEST_PATH_IMAGE006
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为t时刻的无人机的运动速度；
Figure 910199DEST_PATH_IMAGE008
为t时刻的无人机自旋转矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的速度；
Figure 970297DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 787074DEST_PATH_IMAGE012
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 277355DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为初始时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 77951DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 941740DEST_PATH_IMAGE018
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述不同时刻的地面接收机的运动速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 144182DEST_PATH_IMAGE020
为t时刻的地面接收机的运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 731329DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure DEST_PATH_IMAGE023
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 517757DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 421122DEST_PATH_IMAGE026
分别为初始时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 979536DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure DEST_PATH_IMAGE029
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度为：
Figure 310154DEST_PATH_IMAGE030
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure 318299DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 556513DEST_PATH_IMAGE034
分别t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure 467969DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure DEST_PATH_IMAGE037
分别初始时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 736532DEST_PATH_IMAGE038
、
Figure DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 733438DEST_PATH_IMAGE040
分别t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE041
；
其中，
Figure 477141DEST_PATH_IMAGE042
为t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 338043DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure DEST_PATH_IMAGE045
分别t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 789227DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 273429DEST_PATH_IMAGE048
分别初始时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 555243DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure DEST_PATH_IMAGE051
Figure 441291DEST_PATH_IMAGE052
分别t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度。
进一步的，步骤五中，按照如下公式，计算不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
；
其中，
Figure 786078DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure DEST_PATH_IMAGE055
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure 491997DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure DEST_PATH_IMAGE057
分别为初始时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的传输距离矢量；
Figure 875705DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE059
分别为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边和地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure 114794DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure DEST_PATH_IMAGE061
分别为t时刻的无人机和地面接收机的运动速度；
Figure 863438DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 620435DEST_PATH_IMAGE064
分别初始时刻的无人机与第n个双生散射簇无人机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度；
Figure DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 745517DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure DEST_PATH_IMAGE067
分别初始时刻的地面接收机与第n个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度。
进一步的，步骤六中，所述不同时刻的无人机和地面接收机中每个天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量分别为；
Figure 839113DEST_PATH_IMAGE068
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量；
Figure 24238DEST_PATH_IMAGE070
为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量；
Figure DEST_PATH_IMAGE071
和
Figure 268531DEST_PATH_IMAGE072
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 931724DEST_PATH_IMAGE074
为t时刻的无人机第l根天线和地面接收机第k根天线第的全局坐标。
进一步的，步骤七中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应：
Figure 709187DEST_PATH_IMAGE076
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE077
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
Figure 360486DEST_PATH_IMAGE078
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移；
Figure DEST_PATH_IMAGE079
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移；
Figure 528294DEST_PATH_IMAGE080
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到地面接收机第k根天线的非直射路径的相位；
Figure DEST_PATH_IMAGE081
为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边的子簇和地面接收机边的子簇之间的虚拟传输时延；
Figure 281662DEST_PATH_IMAGE082
、
Figure DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure 585735DEST_PATH_IMAGE084
分别为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量以及无人机和第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE085
、
Figure 142357DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure DEST_PATH_IMAGE087
分别为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量以及地面接收机的速度和第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的速度；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ、c和φ 0分别为观察时间长度、波长、光速和初始相位。
进一步的，步骤八中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量：
Figure 797460DEST_PATH_IMAGE088
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
和
Figure 569500DEST_PATH_IMAGE090
分别为初始时刻和t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量；
Figure DEST_PATH_IMAGE091
和
Figure 993659DEST_PATH_IMAGE092
分别为初始时刻的地面接收机和无人机的全局坐标。
进一步的，步骤九中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
；
其中，
Figure 986761DEST_PATH_IMAGE094
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
Figure DEST_PATH_IMAGE095
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量；
Figure 863581DEST_PATH_IMAGE096
和
Figure DEST_PATH_IMAGE097
分别为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量的多普勒频移和相位；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ和φ 0分别为观察时间长度、波长和初始相位。
进一步的，步骤十中，所述无人机通信信道模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
；
Figure 173733DEST_PATH_IMAGE101
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE102
为t时刻的无人机通信信道模型；
Figure 717978DEST_PATH_IMAGE103
为t时刻的地面接收机第k根天线传输到无人机第l根天线的总信道冲激响应；K(t)为t时刻的莱斯因子；N(t)和S(t)分别为双生散射簇的个数和双生散射簇中射线条数；
Figure DEST_PATH_IMAGE104
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线的直接传输的传输时延；
Figure 819664DEST_PATH_IMAGE105
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的传输时延；<*>和||*||分别为内积计算和求模；δ(*)和τ分别为冲激函数和时延；k=1，2，…，MR，l=1，2，…，MT，MR和MT分别为地面接收机和无人机的天线数量。
为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
一种无人机通信信道模型的构建***，所述构建***包括：
设置模块，用于设置6G空基无人机通信***的天线参数；
获取模块，用于获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标；
构建模块，用于获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标；
第一时间积分模块，用于获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
第二时间积分模块，用于获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；
第一计算模块，用于根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量；
第二计算模块，用于根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
第三计算模块，用于根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量；
第四计算模块，用于根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
生成模块，用于根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
本发明的有益效果：
本发明采用建立全局和本地双重坐标系，并根据不同时刻的无人机的三维自旋转角，构建无人机自旋转矩阵，实现了自旋转矩阵进行双重坐标系的转换，是首个能够捕捉无人机任意姿态的信道冲激响应的无人机通信信道模型建模，实现了在无人机通信信道模型建模的过程中融入无人机独特的参数，如无人机的飞行高度、无人机三维移动速度等，相比现有模型更能够精确描述无人机场景的信道特性变化；通过对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度，实现了在信道冲激响应的计算过程中融入时变加速度，从而捕捉无人机的任意轨迹，填补了现有信道模型不能捕捉圆形轨迹、螺旋上升轨迹等轨迹的现状的空白；通过对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量，并根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应，实现了捕捉连续轨迹上任意点的信道冲激响应。
附图说明
图1为本发明的无人机通信信道模型的构建方法流程示意图；
图2为无人机通信信道模型示意图；
图3为全局坐标系和本地坐标系转换示意图；
图4为三维连续轨迹任意轨迹计算矢量关系示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本实施例给出了一种无人机通信信道模型的构建方法，参考图1和2，该构建方法包括如下步骤：
S1、设置6G空基无人机通信***的天线参数。
本实施例中，6G空基无人机通信***的天线参数包括无人机和地面接收机的天线数量MT和MR以及频率f、无人机和地面接收机的天线间隔δ T和δ R。
S2、获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标。
建立全局坐标系GCS，初始时刻下全局坐标系中无人机的坐标表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE106
，地面接收机的坐标为
Figure 449360DEST_PATH_IMAGE107
，地面接收机端天线阵列中第k根天线的GCS坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE108
。同时建立本地坐标系LCS，无人机端天线阵列中第l根天线的LCS坐标为
Figure 563203DEST_PATH_IMAGE109
。地面接收机端天线阵列中天线坐标（包括GCS坐标和LCS坐标）是不变的，k=1，2，…，MR，l=1，2，…，MT。
S3、获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标。
本实施例根据无人机的三维自旋转角度，建立无人机自旋转矩阵。其中，三维自旋转角包括X轴旋转角度α(t)、Z轴旋转角度β(t)和Y轴旋转角度γ(t)，参考图3。
根据无人机端在LCS的坐标和自旋转矩阵，可计算得无人机端每根天线在GCS的坐标。无人机每根天线的全局坐标为：
Figure DEST_PATH_IMAGE110
；
其中，
Figure 758692DEST_PATH_IMAGE003
为t时刻的无人机第l根天线的全局坐标；
Figure 329481DEST_PATH_IMAGE004
为t时刻的无人机自旋转矩阵；α(t)、β(t)和γ(t)为本地坐标在t时刻的X轴旋转角度、Z轴旋转角度和Y轴旋转角度；
Figure 272904DEST_PATH_IMAGE005
为t时刻的无人机第l根天线的本地坐标。
S4、获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度。
本实施例中，时变加速度包括无人机在本地坐标系LCS下的时变加速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的时变加速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度以及各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度。初始速度包括无人机在本地坐标系LCS下的初始速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度。其中，无人机在本地坐标系LCS下的时变加速度为
Figure 954553DEST_PATH_IMAGE111
，初始速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE112
。地面接收机在全局坐标系GCS下的时变加速度为
Figure 720994DEST_PATH_IMAGE113
，初始速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE114
。第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度为
Figure 931527DEST_PATH_IMAGE115
，初始速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE116
。第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度为
Figure 503191DEST_PATH_IMAGE117
，初始速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE118
。
本实施例中，不同时刻的无人机的运动速度为：
Figure 191793DEST_PATH_IMAGE119
；
其中，
Figure 158612DEST_PATH_IMAGE007
为t时刻的无人机的运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE120
为t时刻的无人机自旋转矩阵；
Figure 775931DEST_PATH_IMAGE121
为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的速度；
Figure 398674DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE122
和
Figure 655080DEST_PATH_IMAGE012
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 476406DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 622216DEST_PATH_IMAGE123
和
Figure 732255DEST_PATH_IMAGE015
为初始时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 857599DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 2273DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 584564DEST_PATH_IMAGE018
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度。
不同时刻的地面接收机的运动速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE124
；
其中，
Figure 883696DEST_PATH_IMAGE125
为t时刻的地面接收机的运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE126
、
Figure 983370DEST_PATH_IMAGE127
和
Figure DEST_PATH_IMAGE128
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 716971DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 643732DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 993942DEST_PATH_IMAGE026
分别为初始时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 756361DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 610048DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 501518DEST_PATH_IMAGE129
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE130
；
其中，
Figure 276707DEST_PATH_IMAGE131
为t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure 311659DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 244019DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 339014DEST_PATH_IMAGE034
分别t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 867079DEST_PATH_IMAGE035
、
Figure DEST_PATH_IMAGE132
和
Figure 440142DEST_PATH_IMAGE133
分别初始时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure DEST_PATH_IMAGE134
、
Figure 704639DEST_PATH_IMAGE039
和
Figure 642640DEST_PATH_IMAGE135
分别t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE136
；
其中，
Figure 425044DEST_PATH_IMAGE042
为t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure 5061DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 484584DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 92021DEST_PATH_IMAGE137
分别t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 594677DEST_PATH_IMAGE046
、
Figure 775123DEST_PATH_IMAGE138
和
Figure 843573DEST_PATH_IMAGE139
分别初始时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure 624841DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 411531DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 67771DEST_PATH_IMAGE051
Figure 692526DEST_PATH_IMAGE052
分别t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度。
步骤五、获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量。
参考图4，不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE140
；
其中，
Figure 674388DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 886058DEST_PATH_IMAGE055
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure 847454DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 156075DEST_PATH_IMAGE057
分别为初始时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的传输距离矢量；
Figure 839998DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 771919DEST_PATH_IMAGE059
分别为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边和地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure 566700DEST_PATH_IMAGE060
和
Figure 464249DEST_PATH_IMAGE061
分别为t时刻的无人机和地面接收机的运动速度；
Figure 256755DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 831018DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 898331DEST_PATH_IMAGE141
分别初始时刻的无人机与第n个双生散射簇无人机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度；
Figure 650386DEST_PATH_IMAGE065
、
Figure 377909DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 848204DEST_PATH_IMAGE067
分别初始时刻的地面接收机与第n个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度。
S6、根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量。
按照如下公式，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每个天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量分别为；
Figure DEST_PATH_IMAGE142
；
其中，
Figure 922471DEST_PATH_IMAGE069
为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量；
Figure 794612DEST_PATH_IMAGE143
为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量；
Figure 961544DEST_PATH_IMAGE071
和
Figure 325661DEST_PATH_IMAGE072
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure 764470DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure DEST_PATH_IMAGE144
为t时刻的无人机第l根天线和地面接收机第k根天线第的全局坐标。
S7、根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应。
按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应：
Figure DEST_PATH_IMAGE146
；
其中，
Figure 304167DEST_PATH_IMAGE147
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
Figure 438738DEST_PATH_IMAGE078
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移（即非直射路径的多普勒频移）；
Figure DEST_PATH_IMAGE148
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移（即非直射路径的多普勒频移）；
Figure 290151DEST_PATH_IMAGE080
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到地面接收机第k根天线的非直射路径的相位（即非直射路径的相位）；
Figure 470334DEST_PATH_IMAGE081
为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边的子簇和地面接收机边的子簇之间的虚拟传输时延，可代表多次弹跳传输，由均匀分布随机生成；
Figure 848226DEST_PATH_IMAGE082
、
Figure 324338DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure 256522DEST_PATH_IMAGE149
分别为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量以及无人机和第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure 804178DEST_PATH_IMAGE085
、
Figure DEST_PATH_IMAGE150
和
Figure 147828DEST_PATH_IMAGE087
分别为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量以及地面接收机的速度和第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的速度；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ、c和φ 0分别为观察时间长度、波长、光速和初始相位。
S8、根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量。
按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量：
Figure 122737DEST_PATH_IMAGE151
；
其中，
Figure 978435DEST_PATH_IMAGE089
和
Figure 267465DEST_PATH_IMAGE090
分别为初始时刻和t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量；
Figure 823211DEST_PATH_IMAGE091
和
Figure 396451DEST_PATH_IMAGE092
分别为初始时刻的地面接收机和无人机的全局坐标。
S9、根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应
按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应：
Figure DEST_PATH_IMAGE152
；
其中，
Figure 506490DEST_PATH_IMAGE153
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
Figure 333631DEST_PATH_IMAGE095
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量（直射路径）；
Figure DEST_PATH_IMAGE154
和
Figure 180102DEST_PATH_IMAGE097
分别为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量（直射路径）的多普勒频移和相位；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ和φ 0分别为观察时间长度、波长和初始相位。
S10、根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
本实施例中的总信道冲激响应为：
Figure 496814DEST_PATH_IMAGE155
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE156
为t时刻的地面接收机第k根天线传输到无人机第l根天线的总信道冲激响应；K(t)为t时刻的莱斯因子，用以设置直射分量的占比；N(t)和S(t)分别为双生散射簇的个数和双生散射簇中射线条数；
Figure 297411DEST_PATH_IMAGE104
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线的直接传输的传输时延；
Figure 164129DEST_PATH_IMAGE105
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的传输时延；<*>和||*||分别为内积计算和求模；δ(*)和τ分别为冲激函数和时延。
本实施例中的无人机通信信道模型为：
Figure DEST_PATH_IMAGE158
；
其中，
Figure 366572DEST_PATH_IMAGE102
为t时刻的无人机通信信道模型(即总信道冲激响应矩阵)；
Figure 352720DEST_PATH_IMAGE159
为t时刻的地面接收机第k根天线传输到无人机第l根天线的总信道冲激响应，k=1，2，…，MR，l=1，2，…，MT，MR和MT分别为地面接收机和无人机的天线数量。
本实施例采用建立全局和本地双重坐标系，并根据不同时刻的无人机的三维自旋转角，构建无人机自旋转矩阵，实现了自旋转矩阵进行双重坐标系的转换，是首个能够捕捉无人机任意姿态的信道冲激响应的无人机通信信道模型建模，实现了在无人机通信信道模型建模的过程中融入无人机独特的参数，如无人机的飞行高度、无人机三维移动速度等，相比现有模型更能够精确描述无人机场景的信道特性变化；通过对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度，实现了在信道冲激响应的计算过程中融入时变加速度，从而捕捉无人机的任意轨迹，填补了现有信道模型不能捕捉圆形轨迹、螺旋上升轨迹等轨迹的现状的空白；通过对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量，并根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应，实现了捕捉连续轨迹上任意点的信道冲激响应。
本实施例通过下面给出的实施例给出的无人机通信信道模型的构建***实现：
另一实施例给出了一种无人机通信信道模型的构建***，该构建***包括：
设置模块，用于设置6G空基无人机通信***的天线参数；
获取模块，用于获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标；
构建模块，用于获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标；
第一时间积分模块，用于获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
第二时间积分模块，用于获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；
第一计算模块，用于根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量；
第二计算模块，用于根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
第三计算模块，用于根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量；
第四计算模块，用于根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
生成模块，用于根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无人机通信信道模型的构建方法，其特征在于，所述构建方法包括如下步骤：
步骤一、设置6G空基无人机通信***的天线参数；
步骤二、获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标；
步骤三、获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标；
步骤四、获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
所述时变加速度包括无人机在本地坐标系LCS下的时变加速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的时变加速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度以及各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的时变加速度；
所述初始速度包括无人机在本地坐标系LCS下的初始速度、地面接收机在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度、各个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标系GCS下的初始速度；
步骤五、获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；
步骤六、根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量；
步骤七、根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
步骤八、根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量；
步骤九、根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
步骤十、根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤三中，所述无人机天线的全局坐标为：
Figure FDA0003651439200000021
Figure FDA0003651439200000022
其中，
Figure FDA0003651439200000023
为t时刻的无人机第l根天线的全局坐标；R(t)为t时刻的无人机自旋转矩阵；α(t)、β(t)和γ(t)分别为本地坐标在t时刻的X轴旋转角度、Z轴旋转角度和Y轴旋转角度；
Figure FDA0003651439200000024
为t时刻的无人机第l根天线的本地坐标。
3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤四中，所述不同时刻的无人机的运动速度为：
Figure FDA0003651439200000031
其中，
Figure FDA0003651439200000032
为t时刻的无人机的运动速度；R(t)为t时刻的无人机自旋转矩阵；
Figure FDA0003651439200000033
为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的速度；
Figure FDA0003651439200000034
和
Figure FDA0003651439200000035
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA0003651439200000036
和
Figure FDA0003651439200000037
分别为初始时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA0003651439200000038
和
Figure FDA0003651439200000039
分别为t时刻的无人机在本地坐标LCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述不同时刻的地面接收机的运动速度为：
Figure FDA00036514392000000310
其中，
Figure FDA00036514392000000311
为t时刻的地面接收机的运动速度；
Figure FDA00036514392000000312
和
Figure FDA00036514392000000313
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA00036514392000000314
和
Figure FDA00036514392000000315
分别为初始时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA00036514392000000316
和
Figure FDA00036514392000000317
分别为t时刻的地面接收机在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度为：
Figure FDA0003651439200000041
其中，
Figure FDA0003651439200000042
为t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure FDA0003651439200000043
和
Figure FDA0003651439200000044
分别为t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA0003651439200000045
和
Figure FDA0003651439200000046
分别为初始时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA0003651439200000047
和
Figure FDA0003651439200000048
分别为t时刻第n个双生散射簇中无人机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度；
所述双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度为：
Figure FDA0003651439200000049
其中，
Figure FDA00036514392000000410
为t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure FDA00036514392000000411
和
Figure FDA00036514392000000412
分别为t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA00036514392000000413
Figure FDA00036514392000000414
和
Figure FDA00036514392000000415
分别为初始时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴速度分量、Y轴速度分量和Z轴速度分量；
Figure FDA0003651439200000051
和
Figure FDA0003651439200000052
分别为t时刻第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇在全局坐标GCS下的X轴时变加速度、Y轴时变加速度和Z轴时变加速度。
4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，步骤五中，按照如下公式，计算不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量：
Figure FDA0003651439200000053
其中，
Figure FDA0003651439200000054
和
Figure FDA0003651439200000055
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000056
和
Figure FDA0003651439200000057
分别为初始时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000058
和
Figure FDA0003651439200000059
分别为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边和地面接收机边的子簇的运动速度；
Figure FDA00036514392000000510
和
Figure FDA00036514392000000511
分别为t时刻的无人机和地面接收机的运动速度；
Figure FDA00036514392000000512
和
Figure FDA00036514392000000513
分别为初始时刻的无人机与第n个双生散射簇无人机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度；
Figure FDA00036514392000000514
Figure FDA00036514392000000515
和
Figure FDA00036514392000000516
分别为初始时刻的地面接收机与第n个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过第s条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度。
5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，步骤六中，所述不同时刻的无人机和地面接收机中每个天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量分别为；
Figure FDA0003651439200000061
其中，
Figure FDA0003651439200000062
为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000063
为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000064
和
Figure FDA0003651439200000065
分别为t时刻的无人机和地面接收机到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第一传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000066
和
Figure FDA0003651439200000067
分别为t时刻的无人机第l根天线和地面接收机第k根天线第的全局坐标。
6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤七中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应：
Figure FDA0003651439200000068
其中，hkl，n，s(t)为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
Figure FDA0003651439200000069
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移；
Figure FDA0003651439200000071
为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇的多普勒频移；
Figure FDA0003651439200000072
为t时刻的无人机第l根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到地面接收机第k根天线的非直射路径的相位；
Figure FDA0003651439200000073
为t时刻的第n个双生散射簇中无人机边的子簇和地面接收机边的子簇之间的虚拟传输时延；
Figure FDA0003651439200000074
和
Figure FDA0003651439200000075
分别为t时刻的无人机中第l根天线到第n个双生散射簇之间通过第s条射线的第二传输距离矢量以及无人机和第n个双生散射簇中无人机边的子簇的运动速度；
Figure FDA0003651439200000076
和
Figure FDA0003651439200000077
分别为t时刻的地面接收机中第k根天线到第n个双生散射簇之间通过第s射线的第二传输距离矢量以及地面接收机的速度和第n个双生散射簇中地面接收机边的子簇的速度；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ、c和
Figure FDA00036514392000000711
分别为观察时间长度、波长、光速和初始相位。
7.根据权利要求6所述的构建方法，其特征在于，步骤八中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量：
Figure FDA0003651439200000078
其中，
Figure FDA0003651439200000079
和
Figure FDA00036514392000000710
分别为初始时刻和t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量；[xR，yR，zR]和[xT，yT，zT]分别为初始时刻的地面接收机和无人机的全局坐标。
8.根据权利要求7所述的构建方法，其特征在于，步骤九中，按照如下公式，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应：
Figure FDA0003651439200000081
其中，
Figure FDA0003651439200000082
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
Figure FDA0003651439200000083
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量；
Figure FDA0003651439200000084
和
Figure FDA0003651439200000085
分别为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线之间直接传输的第三传输距离矢量的多普勒频移和相位；<*>和||*||分别为内积计算和求模；T0、λ和
Figure FDA0003651439200000086
分别为观察时间长度、波长和初始相位。
9.根据权利要求8所述的构建方法，其特征在于，步骤十中，所述无人机通信信道模型为：
Figure FDA0003651439200000087
Figure FDA0003651439200000088
其中，H(t，τ)为t时刻的无人机通信信道模型；hk，l(t，τ)为t时刻的地面接收机第k根天线传输到无人机第l根天线的总信道冲激响应；K(t)为t时刻的莱斯因子；N(t)和S(t)分别为双生散射簇的个数和双生散射簇中射线条数；
Figure FDA0003651439200000089
为t时刻的地面接收机第k根天线和无人机第l根天线的直接传输的传输时延；τkl，n，s(t)为t时刻的地面接收机第k根天线通过第s条射线到第n个双生散射簇、再传输到无人机第l根天线的非直射路径的传输时延；<*>和||*||分别为内积计算和求模；δ(*)和τ分别为冲激函数和时延；k＝1，2，…，MR，l＝1，2，…，MT，MR和MT分别为地面接收机和无人机的天线数量。
10.一种无人机通信信道模型的构建***，其特征在于，所述构建***包括：
设置模块，用于设置6G空基无人机通信***的天线参数；
获取模块，用于获取初始时刻的无人机和地面接收机的全局坐标、以及地面接收机天线的全局坐标和无人机天线的本地坐标；
构建模块，用于获取不同时刻的无人机的三维自旋转角并构建无人机自旋转矩阵；计算无人机天线的全局坐标；
第一时间积分模块，用于获取多个双生散射簇以及无人机、地面接收机和各个双生散射簇的时变加速度和初始速度；并对时变加速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机、地面接收机以及双生散射簇中无人机边的子簇和双生散射簇中地面接收机边的子簇的运动速度；
第二时间积分模块，用于获取初始时刻的无人机与每个双生散射簇无人机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度以及地面接收机与每个双生散射簇地面接收机边的子簇之间通过每条射线传播的传输距离、方位角和俯仰角度，并对运动速度进行时间积分，得到不同时刻的无人机和地面接收机到每个双生散射簇之间通过每条射线的第一传输距离矢量；
第一计算模块，用于根据第一传输距离矢量和天线全局坐标，计算不同时刻的无人机和地面接收机中每根天线到每个双生散射簇之间通过每条射线的第二传输距离矢量；
第二计算模块，用于根据第二传输距离矢量和运动速度，计算不同时刻的地面接收机每根天线通过每条射线到每个双生散射簇、再传输到无人机每根天线的非直射路径的第一信道冲激响应；
第三计算模块，用于根据地面接收机和无人机的初始时刻的全局坐标以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机和无人机直接传输的第三传输距离矢量；
第四计算模块，用于根据地面接收机和无人机的第三传输距离矢量以及运动速度，计算不同时刻的地面接收机天线和无人机天线之间的直射路径的第二信道冲激响应；
生成模块，用于根据第一信道冲激响应和第二信道冲激响应，计算不同时刻的地面接收机每根天线传输到无人机每根天线的总信道冲激响应并生成无人机通信信道模型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115801157B (zh) * 2023-02-09 2023-05-05 中国人民解放军军事科学院***工程研究院 一种多无人机协同通信信道模型的构建方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112995913A (zh) * 2021-03-08 2021-06-18 南京航空航天大学 一种无人机轨迹、用户关联和资源分配联合优化方法
CN113746533A (zh) * 2021-09-10 2021-12-03 北京航空航天大学 一种无人机通信信道冲激响应确定方法及***
CN113949439A (zh) * 2021-10-22 2022-01-18 东南大学 一种面向无人机空对空通信的几何随机信道建模方法
CN114221687A (zh) * 2021-11-12 2022-03-22 国家电网有限公司信息通信分公司 无人机空中基站组网方法、装置及电子设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA3117308A1 (en) * 2017-10-25 2019-05-02 Skywave Networks Llc Telecommunications system utilizing drones
WO2021175344A2 (zh) * 2021-05-06 2021-09-10 南京航空航天大学 一种无线信道冲激响应动态测量重构方法及装置
CN113364495B (zh) * 2021-05-25 2022-08-05 西安交通大学 一种多无人机轨迹和智能反射面相移联合优化方法及***
CN113992290B (zh) * 2021-10-28 2024-01-30 东南大学 一种面向轨道角动量无线通信的几何随机信道建模方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112995913A (zh) * 2021-03-08 2021-06-18 南京航空航天大学 一种无人机轨迹、用户关联和资源分配联合优化方法
CN113746533A (zh) * 2021-09-10 2021-12-03 北京航空航天大学 一种无人机通信信道冲激响应确定方法及***
CN113949439A (zh) * 2021-10-22 2022-01-18 东南大学 一种面向无人机空对空通信的几何随机信道建模方法
CN114221687A (zh) * 2021-11-12 2022-03-22 国家电网有限公司信息通信分公司 无人机空中基站组网方法、装置及电子设备

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