非对称衰落信道下无人机中继传输方案及性能分析

 无人机(UAV)作为中继传输平台受到了国内外研究人员的广泛关注。本文研究了非对称衰落信道下的无人机中继传输系统,提出了输出信噪比最大化准则下的波束形成(BF)优化方案,并推导出系统中断概率、遍历容量和平均误符号率等无线通信系统主要性能指标的理论表达式。通过计算机仿真验证了本文提出的中继传输方案及性能分析的正确性,并定量分析了天线数量、信道参数以及功率分配对系统性能的影响,为无人机中继传输系统的设计及性能评估提供了参考和依据。     

基于非全向天线的无人机MIMO信道模型研究

为研究无人机信道特性,针对地面控制站( GCS)环境特点和非全向多天线系统,建立并分析了基于散射体三维几何分布的单跳同心圆筒散射(GBSBCCS)宽带传播模型,根据方位角非全向散射和俯仰角非对称分布的特性,结合无人机实际飞行参数特点,推导出简洁的空时频联合相关函数.通过仿真进行了验证,并对相关特性影响因素进行分析,结果...     

基于无人机下行链路的OFDM信道估计研究

该文将正交频分复用技术(OFDM)传输系统应用于无人机下行数据链路中,基于无人机通信信道的组成、冲激响应模型,构建了无人机链路中的OFDM通信系统.针对无人机信道快时变和高动态等特点.提出一种改进的OFDM信道估计算法,给出了在无人机飞行状态下误码率性能的仿真结果.实验结果表明该OFDM信道估计算法可以满足未来无人机下行数据链路系统要求.     

MIMO雷达DOA估计阵列设计

 多输入多输出（MIMO）雷达的关键技术之一是天线阵列的设计。由于MIMO雷达同时增加了收发两端的相位中心,使得系统具有更高的空间分辨率和更多的自由度。论文从接收信号模型出发,对MIMO雷达发射正交信号的等效阵列进行了讨论,以波达方向估计为目标提出了一种MIMO雷达天线阵的设计方法,通过抛物线理论得出了收发组合的唯一性和合理性,然后通过分析各种收发组合给出了发射阵元的最佳间隔设置。推导了几种情景下的MIMO收发阵列最佳设计解析解,最后进行了仿真实验。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于Turbo码研究的无人机信道分析与建模

针对无人机通信信道的特点和要求,提出了一种无人机信道模型.通过分析无人机通信信道的组成,将信道按照无人机的飞行状态划分为3种主要状态,最后通过实验给出了无人机在不同飞行状态下误码率性能和的仿真结果,并将此结果与计算机模拟该无人机信道下的仿真结果相比较,得出在进行无人机信道编码的仿真研究中应用该信道模型的具有可行性和重要意义.     

一种地空3D-Massive MIMO信道模型

为了研究地空3D-Massive MIMO系统信道特性,提出一种基于三维单跳同心圆环散射体的地空3D-Massive MIMO信道模型。相比传统地空3D MIMO信道模型有两方面改进,首先是建立了基于单跳圆环散射体3D几何精确位置关系的球面波天线阵元相位偏移模型,其次采用生灭过程对Massive MIMO阵列上的非平稳特性进行建模。推导了该模型的信道统计特征函数,通过对特征函数理论推导值与蒙特卡洛统计值进行仿真对比,验证了理论推导正确性。此外,对所提信道模型与基于平面波的传统地空3D MIMO信道模型的空间相关性进行了分析及仿真对比,结果表明:在远场环境下,两者基本一致;在近场环境下,传统平面波模型不再适用,两者存在差异。最后,对若干组表征信道特征的仿真结果与公开文献中地空信道实际测试数据进行对比分析。表明本模型作为普遍适用性模型,可以根据信道的测试条件、测试环境和测试结果来优化参数配置以趋近于实际信道,以对特定信道进行精确建模。     

一种新的并行检测算法下的信道分组方法

在发射天线数为NT、接收天线数为NR的MIMO系统中,并行检测算法可达到最优的检测性能,但现有系统中用到的信道分组方法是计算NT次矩阵广义逆来完成信道分组,随着天线数量的不断增加,矩阵求逆计算量会快速增加,从而进一步加剧并行检测算法计算复杂度。针对该问题,文章证明了:在并行检测算法中,只须一次矩阵广义逆的计算即可完成信道分组。仿真结果表明,应用新的信道分组方法的格归约并行检测算法的性能不变。     

无人机通信信道的统计模型

讨论了一种无人机通信信道的统计模型,分析了无人机通信信道的组成,给出了冲激响应模型,然后将信道按照无人机的实际飞行划分成为3个主要的状态,即途中飞行状态、任务区域盘旋状态和起飞/降落状态,根据部分理论计算和参考文献分析了每个状态下信道的参数,最后给出了无人机在不同飞行状态下误码率性能的仿真结果。对于当前没有较完备的无人机通信系统实测数据时,进行无人机通信信道的统计模型建立和仿真等方面的研究具有重要意义。     

基于角度分集的机载超宽带MIMO天线设计

为了提高机载通信设备信道容量和进一步减小天线安装空间，提出一种采用角度分集技术的超宽带（UWB）多输入多输出（MIMO）天线。该天线将Vivaldi天线和超宽带槽天线进行了集成设计，无需采用解耦结构便可获得较高的端口隔离度，大大提高了数据传输率。通过在Vivaldi天线辐射臂上开一对方形缝隙和在介质板背面增加长方形辐射贴片，可以有效减小天线的尺寸，设计的UWB-MIMO天线尺寸为36 mm×36 mm×0.8 mm。给出了天线的设计流程，加工了天线实物，并对其进行了测量。仿真和实测结果表明MIMO天线具有超宽的阻抗带宽，可以覆盖整个3.1~10.6 GHz超宽带频段。Vivaldi天线阻抗带宽为2.8~15.9 GHz，UWB槽天线阻抗带宽为1.8~12.7 GHz，天线端口隔离度均在-10 dB以下。测量了天线的辐射性能和增益特性，实测结果与仿真结果吻合较好，证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和机载阵列天线系统中。     

一种用于高分辨扇扫成像的MIMO阵列

为了提高扇扫成像系统的方位分辨率,设计了一种具有高方位分辨率的多输入多输出(MIMO)阵列。首先,建立了同时适用于窄带和宽带信号的MIMO阵列与虚拟阵列之间的等效模型。在分析匹配滤波输出成分的基础上,证明了当发射信号具有良好相关特性时,MIMO阵列的匹配滤波输出可等效为单输入多输出(SIMO)阵列上经过脉冲压缩后的回波。接着,根据这一等效关系,获得了与MIMO阵列等效的虚拟阵列中虚拟发射阵元与虚拟接收阵元坐标解析解。最后,在约束阵列物理尺寸为固定值的前提下,利用该解析解设计出一种由2个发射阵元和一条接收均匀线阵列(ULA)组成的MIMO阵列。理论推导和仿真结果表明:所设计的MIMO阵列可以在恒定的物理尺寸和虚拟阵列为均匀直线阵的前提下,获得优于其他MIMO阵列和SIMO阵列的方位分辨率。     

应召反潜时无人机监听航路的规划

浮标阵是航空反潜模式下应召搜潜时常用的一种反潜手段。在假设浮标阵已被布设完毕并且由无人机对其进行实时监听的前提下,文章重点研究了无人机监听航线的规划问题。首先,研究了浮标阵的布设及其特点,分析了无人机航路的代价问题;接着,根据浮标阵的特点规划出了无人机监听方形浮标阵的监听航路飞行方案,并对所规划航路的技术指标进行了分析和研究;最后,对无人机的监听航路进行了计算,计算结果表明文中所规划的方案是可行的,这为无人机监听浮标阵的实际应用提供了参考。     

复合式垂直起降固定翼无人机旋翼和机翼的干扰分析

复合式垂直起降固定翼无人机是一种兼具多旋翼无人机和固定翼无人机性能的复合式无人机，其创新之处在于阐明了旋翼安装位置对无人机整体性能的影响。针对该类无人机旋翼与机翼之间的相互气动作用比较复杂的问题，本文采用实验和流体仿真两种方法对其气动特性进行分析，初步确定了旋翼的安装方式，并结合无人机的平飞状态进一步确定了旋翼的安装距离。实验及数值模拟结果表明，无人机的旋翼安装在机翼下方比安装在机翼上方效率要高，且旋翼与机翼之间的安装距离对旋翼的升力和无人机的平飞续航性能都有一定影响。     

鸭翼对盒式翼布局气动特性的影响研究

盒式翼布局带有前置鸭翼对飞机纵向力矩特性产生显著的影响。针对某盒式翼布局无人机,采用数值模拟方法研究鸭翼对盒式翼布局气动性能的影响,以及鸭翼安装角、鸭翼沿机身轴线的纵向位置和鸭翼面积对巡航状态下盒式翼布局气动性能的影响。结果表明:鸭翼可以提高盒式翼布局的最大升力系数和失速迎角,可以有效地调节纵向力矩,但是会使最大升阻比略微减小;在巡航迎角3°、巡航速度50m/s状态下,鸭翼安装角和鸭翼面积对盒式翼布局气动特性影响较大,而鸭翼纵向位置对盒式翼布局气动特性影响较小。综合考虑鸭翼的上述参数,可以显著提高盒式翼布局的气动性能。     

螺旋桨滑流对菱形翼布局无人机气动的影响

采用基于混合网格技术及k-k_L-ω转捩模型求解雷诺平均Navior-Stokes （RANS）方程的多重参考系（MRF）方法对带桨状态的低雷诺数菱形翼布局无人机（UAV）的气动特性进行了准定常数值模拟,通过对无人机带桨状态和干净构型的气动力系数及流场结构特性进行对比分析,研究了螺旋桨在不同安装位置时其滑流对菱形翼布局无人机气动特性的影响。研究结果表明,螺旋桨滑流并不总能提高无人机的升力特性;螺旋桨安装在机头及前翼时后翼受到螺旋桨滑流形成的组合涡系的影响,其气动性能有较大的变化;螺旋桨滑流对机翼的增升作用还受到机翼掠角和螺旋桨旋转方向的影响;受布局特性影响,当安装位置远离焦点时,螺旋桨滑流对无人机的俯仰力矩特性影响较大。     

双喉道喷管与飞翼布局无人机气动数值研究

利用超椭圆方法,设计了双喉道射流矢量喷管的气动外形,并采用S-A湍流模型数值研究了次主流压比、次流方向及喷管外形参数对其气动特性的影响。研究表明,当确定次主流压比SPR=3时,可依次确定该型喷管外形参数分别为空腔长度l=3h,空腔扩张角θ1=10°,空腔收敛角θ2=30°,二次流注入角α=120°时,矢量喷管的气动特性最优。将设计的气动最优喷管与飞翼布局无人机后体进行一体化设计,数值模拟了喷管对飞翼布局无人机升阻特性的影响,结果表明,双喉道射流矢量喷管能够很好地运用于飞翼布局无人机。     

频率选择性衰落信道DS-CDMA无人机中继通信系统航迹规划

无人机中继通信是实现远距离无线通信的一种重要技术手段，无人机的飞行航迹对无人机中继通信系统的链路传输可靠性存在显著的影响，在频率选择性衰落信道环境下研究了基于直序列码分多址（DS-CDMA）的无人机中继通信系统的航迹优化的问题。首先，给出了基于DS-CDMA的译码转发无人机中继通信系统的模型，并理论分析给出无人机中继通信系统的链路中断概率及平均误码率计算公式，以此为基础，基于链路中断概率最小化准则提出了中继无人机的航迹规划方法，最后通过仿真验证了所提出方法的正确性与有效性。研究表明：最大比值合并DS-CDMA无人机中继通信系统可充分获取频率选择性衰落信道提供的分集增益，显著改善链路传输的可靠性。     

Real-time ray-based channel generation and emulation for UAV communications

A real-time ray-based hardware emulator for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) communication channels which suits for the Three-Dimensional (3D) dynamic scenarios and considers the movements of both terminals is developed in this paper. The time-variant channel parameters, i.e., ray delay, ray gain, and ray Doppler frequency are precalculated in the host by using the Ray Tracing (RT) method. Meanwhile, RT simulation dramatically increases the number of valid rays. To address the problem of resource limitation and huge computational burden in the implementation, an efficient ray coefficients generation method based on iteration is proposed and implemented. With the advantages of low cost and high flexibility, a Software Defined Radio (SDR) hardware platform is used to emulate the ray-based UAV channels by utilizing the compact architecture including the Time-Division (TD) scheme and Tapped-Delay Line (TDL) for channel convolution. Finally, hardware measurement results demonstrate that the properties of emulated channel, i.e., Power Delay Profile (PDP) and Doppler Power Spectrum Density (DPSD) consist with the simulated ones, which verifies the correctness of hardware implementation. The proposed channel emulator provides an efficient way for optimization, verification, and evaluation of UAV communication systems.