高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法技术

本发明专利技术属于测控通信技术领域，公开了一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，包括：根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器‑卫星1和飞行器‑卫星2系统的状态转移矩阵；根据双卫星之间的相关性，生成近空间高速飞行器‑双卫星相关链路的状态转移矩阵；根据相关链路的状态转移矩阵，生成近空间高速飞行器‑双卫星联合状态序列；对联合状态序列进行分解得到飞行器‑卫星1和飞行器‑卫星2的各自状态序列。在无实测数据的情况下可完成多状态马尔科夫状态链的建立，能够准确的描述等离子鞘套信道影响下的高超飞行器‑双卫星信道。

Markoff state sequence generation method for high speed aircraft dual satellite joint channel

The invention belongs to the field of communication technology, and discloses a high-speed aircraft dual satellite joint channel Markoff state sequence generation method, including: according to the land mobile satellite channel model and binary state plasma sheath Markoff channel state model are established for high speed near space vehicles and 1 aircraft satellite satellite 2 according to the system state transition matrix; the correlation between the two satellites, generating high speed near space vehicles double satellite link state transfer matrix; according to the link state transfer matrix, generating high speed near space vehicles double satellite state sequence; on the joint state sequence is decomposed into 1 aircraft and aircraft satellite satellite their state sequence 2. In the absence of measured data under the condition of complete the establishment of multi state Markoff chain, can accurately describe the plasma sheath channel under the influence of the hypersonic vehicle double satellite channel.

【技术实现步骤摘要】
高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法
本专利技术属于测控通信
，尤其涉及一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法。
技术介绍
随着临近空间开发利用和宇航技术的飞速发展，临近空间高超声飞行器的研究成为国内外研究的热点。可靠的测控通信是高速飞行器的核心技术之一，高超声飞行器存在高速飞行和等离子体鞘套复杂的电磁环境，这就使得接收信号高速时变、深度衰落。严重时会导致飞行器测控通信信息传输中断，极大地威胁了飞行器的飞行安全。从无线通信角度而言，高速飞行环境和等离子体鞘套环境和现有的测控通信体制的不匹配是影响通信质量及中断的主要原因之一，因此深入认识并构建准确的信道模型对突破高速飞行器的通信中断问题研究具有重要意义。当前针对高速飞行器的信道模型较少，并且目前所有的研究都停留在“端对端”的信道模型研究中，没有考虑多平台联合通信对通信质量的改善作用。实际上，从提升信道容量的角度出发，利用多低轨卫星平台联合通信可以缓解通信信号衰减的影响，特别是采用双卫星平台是较为实际的通信方案。在信道模型研究方面相关可借鉴的信道模型是陆地移动卫星信道，都是高速移动的非平稳信道，可采用马尔科夫信道模型建模。文献“E.Lutz,AMarkovmodelforcorrelatedlandmobilesatellitechannels[J].InternationalJournalofSatelliteCommunications.1996,14(4)333–339.”基于导航卫星实测数据给出了陆地移动卫星的单星马尔科夫信道模型和双星联合信道模型。高速飞行器与陆地移动卫星信道模型的主要区别在于存在的等离子鞘套环境。总的来说，高速飞行器信道建模方面存在以下不足：(1)传统的单通道信道模型多借鉴的是航空遥测信道模型，未考虑信道时变非平稳性问题，不符合飞行器真实情况，导致所建立的信道模型计算结果不准确，误差大。(2)针对等离子鞘套信道环境，专利“石磊,方水讯等，一种再入动态等离子鞘套马尔科夫信道建模方法，CN：201510513924.6”构建了等离子体鞘套的马尔科夫信道模型，但仍未考虑高速飞行器的空间传输信道环境。因此，目前对高速飞行器的信道建模研究无法同时描述空间传输信道环境和等离子体鞘套综合影响。虽然可借鉴陆地移动卫星信道，但需要考虑等离子体鞘套环境的影响对借鉴的卫星信道模型进行修正，特别是对联合信道的状态模型的改进。对于近空间高速飞行器-双卫星通信系统，所建立的信道模型有效准确首要是由非平稳信道的状态模型决定的。因此，构建联合信道模型过程中最为关键的是高速飞行器等离子体鞘套环境下的状态模型(马尔科夫状态序列)的产生方法。综上所述，现有技术存在的问题是：目前高速飞行器信道建模方面存在未考虑信道时变非平稳性；未完成联合信道模型的构建；高速飞行器联合信道建模中状态模型不准确。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法。本专利技术是这样实现的，一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，所述高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法包括以下步骤：步骤一，根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器-卫星1和飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵；步骤二，根据双卫星之间的相关性，生成近空间高速飞行器-双卫星相关链路的状态转移矩阵；步骤三，根据相关链路的状态转移矩阵，生成近空间高速飞行器-双卫星联合状态序列；步骤四，对联合状态序列进行分解得到飞行器-卫星1和飞行器-卫星2的各自状态序列。进一步，所述高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法包括以下步骤：第一步，根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器-卫星1系统的状态转移矩阵Psat1_plasma和近空间高速飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵Psat2_plasma；第二步，根据双卫星之间的相关性，由近空间高速飞行器-单卫星系统两状态马尔科夫模型的状态转移矩阵Psat1_plasma和Psat2_plasma构建近空间高速飞行器-双卫星相关链路的四状态模型的状态转移矩阵Pcorr_tran；第三步，利用求出的近空间高速飞行器-双卫星相关链路的状态转移矩阵Pcorr_tran，获取双卫星的马尔科夫信道模型的联合状态序列St(t＝1,2,...,n)；第四步，对联合状态序列进行分解得到近空间高速飞行器-卫星1的状态序列At和飞行器-卫星2的状态序列Bt(t＝1,2,...,n)。进一步，所述第一步包括：(1)根据卫星1和卫星2的仰角和方位角，选取卫星1和卫星2的两状态转移矩阵Psat1和Psat2，并且输入等离子鞘套的两状态转移矩阵Pplasma；(2)将卫星1状态转移转移矩阵Psat1与等离子鞘套的状态转移矩阵Pplasma进行联合，得到近空间高速飞行器-卫星1系统的状态转移矩阵：其中，b1表示卫星1从“好状态”转移到“坏状态”概率，g1表示卫星1从“坏状态”到“好状态”转移概率；(3)将卫星2状态转移转移矩阵Psat2与等离子鞘套的状态转移矩阵Pplasma进行联合，得到近空间高速飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵：其中，b2表示卫星2从“好状态”转移到“坏状态”概率，g2表示卫星2从“坏状态”到“好状态”转移概率进一步需要说明的是，步骤(2)和步骤(3)中，b1、b2、g1和g2计算如下：b1＝Psat1(1,2)+Pplasma(1,2)-Psat1(1,2)×Pplasma(1,2)b2＝Psat2(1,2)+Pplasma(1,2)-Psat2(1,2)×Pplasma(1,2)其中，Psat1(i,j)、Psat2(i,j)和Pplasma(i,j)分别是转态转移矩阵Psat1、Psat2和Pplasma中的元素，表示的是从状态i跳转到状态j的概率，0≤Psat1(i,j)≤1，0≤Psat2(i,j)≤1和0≤Pplasma(i,j)≤1且和进一步，所述第二步包括：1)先假设两颗卫星的信道是相互独立的，将近空间高速飞行器-单卫星系统状态转移矩阵Psat1_plasma和Psat2_plasma带入下式，推导出近空间高速飞行器-双卫星信道相互独立的四状态模型的状态转移矩阵Ptran：其中表示矩阵乘法；2)将信道相互独立的四状态转移矩阵Ptran利用相关矩阵C进行修正，得到近空间高速飞行器-双卫星相关链路的四状态转移矩阵Pcorr_tran：其中x，y，v，w是修正参数；相关矩阵C计算方法如下：输入两颗卫星之间的相关系数ρ，获取初始修正参数x0，y0，v0，w0，若ρ≥0，则利用下公式求得初始修正参数x0，y0，v0，w0：若ρ＜0，则通过下公式求得初始修正参数x0，y0，v0，w0：根据下式卫星1,2的联合状态二阶矩ρ，可以推导出修正系数c其中，推导出的修正系数c为：利用求得的初始修正参数x0，y0，v0，w0和修正系数c代入下式，得到相关矩阵C：进一步，所述第三步具体包括：步骤一，输入求出的近空间高速飞行器-双卫星相关链路的状态转移矩阵Pcorr_tran，给定当前状态St(St＝1,2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，其特征在于，所述高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法包括以下步骤：步骤一，根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器‑卫星1和飞行器‑卫星2系统的状态转移矩阵；步骤二，根据双卫星之间的相关性，生成近空间高速飞行器‑双卫星相关链路的状态转移矩阵；步骤三，根据相关链路的状态转移矩阵，生成近空间高速飞行器‑双卫星联合状态序列；步骤四，对联合状态序列进行分解得到飞行器‑卫星1和飞行器‑卫星2的各自状态序列。

【技术特征摘要】
1.一种高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，其特征在于，所述高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法包括以下步骤：步骤一，根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器-卫星1和飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵；步骤二，根据双卫星之间的相关性，生成近空间高速飞行器-双卫星相关链路的状态转移矩阵；步骤三，根据相关链路的状态转移矩阵，生成近空间高速飞行器-双卫星联合状态序列；步骤四，对联合状态序列进行分解得到飞行器-卫星1和飞行器-卫星2的各自状态序列。2.如权利要求1所述的高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，其特征在于，所述高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法包括以下步骤：第一步，根据陆地移动卫星双星信道状态模型和等离子鞘套马尔科夫信道状态模型，分别建立近空间高速飞行器-卫星1系统的状态转移矩阵Psat1_plasma和近空间高速飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵Psat2_plasma；第二步，根据双卫星之间的相关性，由近空间高速飞行器-单卫星系统两状态马尔科夫模型的状态转移矩阵Psat1_plasma和Psat2_plasma构建近空间高速飞行器-双卫星相关链路的四状态模型的状态转移矩阵Pcorr_tran；第三步，利用求出的近空间高速飞行器-双卫星相关链路的状态转移矩阵Pcorr_tran，获取双卫星的马尔科夫信道模型的联合状态序列St(t＝1,2,...,n)；第四步，对联合状态序列进行分解得到近空间高速飞行器-卫星1的状态序列At和飞行器-卫星2的状态序列Bt(t＝1,2,...,n)。3.如权利要求2所述的高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，其特征在于，所述第一步包括：(1)根据卫星1和卫星2的仰角和方位角，选取卫星1和卫星2的两状态转移矩阵Psat1和Psat2，并且输入等离子鞘套的两状态转移矩阵Pplasma；(2)将卫星1状态转移转移矩阵Psat1与等离子鞘套的状态转移矩阵Pplasma进行联合，得到近空间高速飞行器-卫星1系统的状态转移矩阵：其中，b1表示卫星1从“好状态”转移到“坏状态”概率，g1表示卫星1从“坏状态”到“好状态”转移概率；(3)将卫星2状态转移转移矩阵Psat2与等离子鞘套的状态转移矩阵Pplasma进行联合，得到近空间高速飞行器-卫星2系统的状态转移矩阵：其中，b2表示卫星2从“好状态”转移到“坏状态”概率，g2表示卫星2从“坏状态”到“好状态”转移概率进一步需要说明的是，步骤(2)和步骤(3)中，b1、b2、g1和g2计算如下：b1＝Psat1(1,2)+Pplasma(1,2)-Psat1(1,2)×Pplasma(1,2)b2＝Psat2(1,2)+Pplasma(1,2)-Psat2(1,2)×Pplasma(1,2)其中，Psat1(i,j)、Psat2(i,j)和Pplasma(i,j)分别是转态转移矩阵Psat1、Psat2和Pplasma中的元素，表示的是从状态i跳转到状态j的概率，0≤Psat1(i,j)≤1，0≤Psat2(i,j)≤1和0≤Pplasma(i,j)≤1且和4.如权利要求2所述的高速飞行器双卫星联合信道马尔科夫状态序列产生方法，其特征在于，所述第二步包括：1)先假设两颗卫星的信道是相互独立的，将近空间高速飞行器-单卫星系统状态转移矩阵Psat1_plasma和...

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，杨惠婷，刘彦明，李小平，杨敏，白博文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61