基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法技术

本发明专利技术公开了一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法，包括如下步骤：步骤1：初始化整个海

【技术实现步骤摘要】
基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法


[0001]本专利技术涉及无人机无线通信
，具体涉及一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法。

技术介绍

[0002]随着人类在海洋上的各种活动增多，对无线通信的需求不断增加。目前，用于近海水域的常规通信系统主要包括海上无线电通信、海上卫星通信和基于陆地蜂窝网络的岸基移动通信。无人机在敏捷通信方面已经显示出相当大的前景，基于无人机的无线通信系统也作为提供高数据速率无线通信服务的一种有希望且有效的方法受到了广泛的关注，
[0003]其中，本专利技术专利技术人在实现基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信智能信道切换策略中发现，如何解决海
‑
空无线通信中由于舰船的随机抖动而导致的收发天线失配问题是无人机海
‑
空通信的关键。对于无人机无线通信信道，当信道载频较高时，无论是发射端还是接收端的随机抖动可能会严重恶化无线通信信道质量，因为随机抖动引起的路径变化比波长的变化更为关键。尽管这些工作解决了毫米波波段信道与无人机抖动相关的关键问题，但如何具体量化其对毫米波无线通信信道的影响，以及如何给出减少影响的方法，仍然值得研究。
[0004]同时，在动态环境中，由于数据速率、路径损耗等参数之间的权衡，仅使用一个频谱是低效的。对于较高的频率，吞吐量较高，但损失较大，而对于较低的频率则相反。最好的方法就是采用频谱交换的策略，可以充分利用了每个频谱带的特性，其主要思想是在整个频段最优化地利用数据速率、吞吐量和路径损耗等属性的变化。现有方法中通常使用发射端与接收端之间的距离，或信噪比作为信道切换的阈值参数，但对于多径效应非常严重的海
‑
空通信环境中，无论是基于距离的还是基于信噪比的信道切换策略，都无法达到最优的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法，以解决现有技术中信道切换效率低，切换阈值参数不够合理等问题。
[0006]本专利技术提供了一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：初始化整个海
‑
空通信系统，获取船舶当前晃动角度、信道相干时间、海面反射损失；
[0008]步骤2：根据信道相干时间、海面反射损失计算海况信道综合评判参数，具体计算公式如下：
[0009]M＝(T
C
‑
α)
‑
[1+log(β
‑
L)][0010]式中，T
C
为信道相干时间；L为海面反射损失；α，β设定为常数；
[0011]步骤3：根据海况信道综合评判参数实时选择通信信道，具体为：
[0012]当海况信道综合评判参数小于零时，选择30GHz频段进行通信；
[0013]当海况信道综合评判参数大于等于零，且船舶当前晃动角度在5
°
～10
°
范围内时，选择10GHz频段进行通信；
[0014]当海况信道综合评判参数大于等于零，且船舶当前晃动角度在10
°
～15
°
范围内时，选择6GHz频段进行通信；
[0015]当海况信道综合评判参数大于等于零，且船舶当前晃动角度大于15
°
时，选择2.4GHz频段进行通信。
[0016]进一步地，所述信道相干时间的计算公式如下：
[0017][0018]进一步地，所述海面反射损失的计算公式为：
[0019]L＝10logR(dB)
[0020]式中，R为反射系数。
[0021]进一步地，所述信道相干时间的计算公式中γ为0.5。
[0022]进一步地，所述海况信道综合评判参数的计算公式中，α＝10，β＝
‑
2。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术通过海上舰船陀螺仪获取船舶晃动数据、获取通信接收端信道数据，根据海面反射损失构建综合的信道状态方式，同时结合在舰船持续抖动幅度超过一定角度且无人机与舰船之间的通信信道相干时间持续低于某一阈值时进行信道切换，可以达到高信道容量与信道稳定性的平衡。
[0025]本专利技术在海上无线通信智能信道切换过程中引入信道相干时间作为切换阈值参数，依据这种机制可使整个海上无线通信信道切换过程更加适合多反射路径的海上无线通信环境，获得更高的信道切换效率。
[0026]上述两种效果分别解决了现有基于距离或基于信噪比的信道切换技术中，存在的信道切换效率低，切换阈值参数不适合海上无线通信等问题。
附图说明
[0027]通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：
[0028]图1为本专利技术具体实施例流程图；
[0029]图2为本专利技术具体实施例所描述无人机在环境中的通信信道示意图；
[0030]图3为本专利技术具体实施例所描述舰船随机抖动示意图；
[0031]图4为本专利技术具体实施例所描述信道智能信道切换示意图；
[0032]图5为本专利技术具体实施例所描述的海况等级表示意图；
[0033]图6为本专利技术具体实施例所描述的不同海况级数对应反射系数和反射损失。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例
中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]如图1
‑
4所示，本专利技术实施例提供一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法，包括如下步骤：
[0036]步骤1：初始化整个海
‑
空通信系统，获取船舶当前晃动角度、信道相干时间、海面反射损失；
[0037]无人机被认为是在其位置盘旋的旋转翼无人机。无人机与舰船都配备有多天线收发器，其中由于舰船随机摆动使其偏离其质心的距离为a
D
米。设定舰船平台位于xy平面内，无人机在空中保持静止状态，并且最初在高度h＝z
D
处与xy平面平行。无人机信号发射端的初始位置假定为P
D
(0)＝(0，0，z
D
)，舰船信号接收端和第n散射点的位置分别由P
U
＝(x
U
，y
U
，0)和P
Sn
＝(x
Sn
，y
Sn
，z
Sn
)表示(按照惯例P
S0
≡P
U
)。本文分别用d0(t)、d
n
(t)和d
Sn，U
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于抖动检测与相干时间的无人机对船通信信道切换方法，包括如下步骤：步骤1：初始化整个海
‑
空通信系统，获取船舶当前晃动角度、信道相干时间、海面反射损失；步骤2：根据信道相干时间、海面反射损失计算海况信道综合评判参数，具体计算公式如下：M＝(T
C
‑
α)
‑
[1+log(β
‑
L)]式中，T
C
为信道相干时间；L为海面反射损失；α，β设定为常数；步骤3：根据海况信道综合评判参数实时选择通信信道，具体为：当海况信道综合评判参数小于零时，选择30GHz频段进行通信；当海况信道综合评判参数大于等于零，且船舶当前晃动角度在5
°
～10
°
范围内时，选择10GHz频段进行通信；当海况信道综合评判参数大于等于零，且船舶当前晃动角...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，沈宏杰，罗浩，陈建军，徐丹，于化龙，高尚，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：