战术无人机视距下行通信链路信道模型特性的研究

　　摘要：通过分析战术无人机无线移动信道的传播特点以及信道模型特性研究，得出航空下行传输信道主要受反射分量支配的结论，当反射分量较大时，信道特性接近瑞利信道，反射分量较小时，信道特性接近高斯白噪声信道。通过对实测航空信道参数进行误码性能分析，验证了以上结论。分析结论对于建立准确的战术无人机下行信道模型，提高战术无人机作战使用效能具有重要作用。

　　关键词：无人机下行链路;三径模型;莱斯因子;正交频分复用

　　随着航空技术的高速进步和人工智能技术的发展，无人军事装备在现代战争及非战争军事行动中应用越来越广泛，在作战侦察及反恐等领域获得了长足的发展。无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)凭借其灵活性高、使用方便、机载配置多样化等特点得到了越来越多的应用和重视。

　　无人机论文范例： 无人机影像处理技术在测绘工程中的应用

　　随着目前无人机搭载侦查设备日渐多样化，载荷不断提高，其下行通信链路需要传输的信息种类不断增多，对其数据传输速率提出了更高的要求。为了提高无人机数据传输速率，必须对其通信链路进行分析，通信链路信道特性是提高通信传输速度的基础问题[1-3]。

　　无人机下行链路信道除了具有无线通信基本特点之外，兼具低仰角地空通信链路信道和移动通信信道特点，比一般的无线信道更加复杂，研究战术无人机下行链路的信道特征，进而建立准确的信道模型，对于提高战术无人机作战使用效能具有重要作用[4-5]。

　　1无人机无线移动信道的传播特性

　　无人机移动信道本身属于无线电波，在空中传播过程中受到空间环境各种因素的影响，表现出多种衰落特征，比如收发两端带来的路径损耗，信号传输中会受到反射及散射等影响，一般可以将对信道的影响区分为大规模衰落和小规模衰落[6]。

　　1.1无线信道大规模衰落模型

　　大规模衰落通常表现为通信目标大范围移动造 成的路径衰落和平均信号能量的衰减，这是无线通信领域中最普遍的损耗形式。

　　1.2无线信道小规模衰落模型

　　在工程实践中基站位置安排、发射功率设置等工作中小规模衰落是需要考虑的关键问题，研究调制方法的应用时主要关注点也在于小规模衰落。小规模衰落是信号在较小距离或较短时间内幅值、相位剧烈的动态变化，具体表现为两种形式：信号的时延扩展和信道的时变特性。信号时延扩展是由信道多径干扰引起的，信号传播过程中受到反射、散射等多种原因，到达接收端的时间不同，因此，接收端就会收到不同时延信号的叠加，由于不同反射路径的信号幅度、相位、入射角各有不同，使叠加而成的接收信号幅度、相位产生失真[8-11]。

　　1.3无线信道小规模衰落信道特性

　　根据多普勒频移fd与信号带宽fs的关系，可以将信道分为快衰落信道和慢衰落信道。当fs>fd时，信道呈现慢衰落特性，信道特性在一个码元持续时间里保持不变。当fs

　　由上述分析可知，为使信号在无线移动信道传输过程中不发生频率选择性失真和快衰落失真，必须综合考虑信号的时延扩展和信道的时变性。在时域表现为信号码元持续时间Ts时需满足Tm

　　2战术无人机下行通信链路信道模型特性分析

　　2.1战术无人机信道模型分析

　　由于战术无人机地面站设有高增益的定向天线，下行链路信道存在一个较强的直视信号。同时，信号传输过程中存在反射与散射现象，因此，战术无人机下行链路信道属于低测控仰角的航空信道。早期的航空信道研究并没有提出明确的数学模型，自Bello提出了多普勒频谱表达式后[12]，相关的研究逐渐增多。

　　文献[13]建立了航空下行通信链路的数学模型，其系统带宽为5MHz，并且指出信道的莱斯因子介于2~20dB之间。HassE在总结前人工作基础上，针对航空信道建立了时域抽头延迟线模型，该航空信道模型由一个较强的直视分量和若干散射分量构成[11-15]。无人机在起飞/降落时测控仰角较大，信号强度较大，多径干扰最小，信道近似为高斯白噪声，通信质量好。

　　2.2战术无人机下行信道模型

　　无人机飞行过程分为3个主要状态，即起飞/降落状态、途中飞行状态和任务区域盘旋状态，不同飞行状态下信道参数的典型值如表2所示[10]，文献[15]提出了一种最大时延扩展的估计方法，当飞行距离远大于飞行高度时，地空链路最大时延扩展近似为飞行高度与光速比值h/c。由于没有文献实测战术无人机飞行过程中的信道时延扩展值，该文以h/c为信道时延扩展值进行研究，战术无人机飞行高度一般在100~4500m间变化，可知多径时延变化范围约为0.33~15μs。

　　2.3战术无人机信道模型分析

　　为研究反射分量对于信道特性的影响，以64点FFT(N=64)的OFDM系统为例，研究该系统通过航空下行信道后BER性能分析航空信道特性[16-18]。

　　3结束语

　　该文分析了战术无人机无线移动信道的传播特点，对下行链路信道的几种典型衰落模型及其各自特点进行了分析。在信道研究基础上，以常见的OFDM通信系统为例，对实测航空信道参数进行误码性能分析，得出航空下行传输信道主要受反射分量支配的结论，当反射分量较大时，信道特性接近瑞利信道，反射分量较小时，信道特性接近高斯白噪声信道。通过上述分析为战术无人机信道建模提供了参考借鉴,对于建立准确的战术无人机下行信道模型，提高战术无人机作战效能具有重要作用[19-20]。

　　参考文献：

　　[1]吴潜.无人机测控系统的现状与发展趋势[J].电讯技术,2009(9):90-94.

　　[2]陆晓刚.民用航空空地通信应用和发展[J].中国新通信,2016,18(5):22-23.

　　[3]彭雪海,熊磊.基于层次布局法的多节点通信信道优化方法[J].电子设计工程,2019(22):128-132.

　　[4]李桂花.外军无人机数据链的现状与发展趋势[J].电讯技术,2014(6):851-856

　　作者：邓海峰，申江江，何勰，刘旭宁，吴一