【技术实现步骤摘要】
一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法
[0001]本专利技术涉及无线通讯
，具体为一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法
。
技术介绍
[0002]目前，水上和水下部分通过光通信或射频
(RF)
通信进行直接传输的研究较少，实施起来也较为困难
。
较为成熟的方式是使用海面网关或
AUV
等中继节点，将水上和水下部分连接起来，组成异构空海跨域通信网络
。
在通信网络中，信道建模尤为重要
。
通过建立准确的信道模型，可以预测信道的变化趋势，并进行动态调整，以提高通信质量和信道利用率
。
在空海跨介质信道建模中，水上部分使用无线电信道，而在水下环境中，由于水对电磁波的阻抗较大，不能像在空气环境中那样进行无线电通信，通常需要使用水下光或水声通信技术来实现水下信息传输
。
[0003]无线电波可以更好地穿透障碍物，并在海上不良天气下受到较小影响，使得无线电通信可以在海上等更恶劣的环境中
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.
一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法，其特征在于所述方法包括无线电信道部分和水声信道部分；所述无线电信道部分具体包括以下步骤：步骤一：获取空海跨介质信道中无线电信道的环境驱动信息及任务驱动信息，所述无线电信道的环境驱动信息包括天线参数和环境参数，所述天线参数包括天线增益和线路衰减，所述环境参数包括相对介电常数和电导率，所述无线电信道的任务驱动信息包括无人机与海面网关间的距离
、
无人机发射信号频率和无人机天线仰角；步骤二：基于无线电信道的任务驱动信息，并结合
CI
模型，得到无线电在大气中的传播损失；步骤三：基于无线电信道的环境驱动信息，得到海面反射导致的损失；步骤四：获取无线电接收端的噪声，所述无线电接收端的噪声包括无线电热噪声和系统噪声；步骤五：基于无线电在大气中的传播损失
、
海面反射导致的损失以及无线电接收端的噪声得到无线电信道信噪比，以此建立无线电信道；所述水声信道部分具体包括以下步骤：步骤六：获取空海跨介质信道中水声信道的环境驱动信息和任务驱动信息，所述水声信道的环境驱动信息包括海洋声速梯度
、
海面风速和海山高度，所述水声信道的任务驱动信息包括收
/
发节点的深度和距离；步骤七：基于水声信道的环境驱动信息，配置海面和海底特征以及海洋中的声速；步骤八：基于海面特征，利用
Pierson
‑
Moskowitz
谱模型，得到功率频谱密度；步骤九：对功率频谱密度进行快速反傅立叶变换得到空间域中的表面波；步骤十：基于海底特征，得到海山的随机高度；步骤十一：将海洋中的声速
、
空间域中的表面波
、
海山的随机高度以及收
/
发节点的深度和距离输入
bellhop
，得到信道的增益，进而得到水声信道的信噪比，以此建立水声信道
。2.
根据权利要求1所述的一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法，其特征在于所述无线电在大气中的传播损失表示为：
PL(f,d)
＝
PL
FS
(f,1m)+10nlog
10
(d)+
χ
σ
CI
其中，
n
为路径损耗指数，即
PLE
，
χ
σ
CI
为阴影衰落，
σ
为标准差，
f
为信道的载波频率，
PL
FS
(f,1m)
为参考距离为
1m
，频率为
f
时的自由空间路径损耗，即
FSPL
，
d
为微分
。3.
根据权利要求2所述的一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法，其特征在于所述
FSPL
表示为：其中
c
是光速，为3×
108m/s。4.
根据权利要求3所述的一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法，其特征在于所述海面反射导致的损失表示为：
P
r
＝
G
r
+R+
η
I
η
＝
ε
r
(f)
‑
j
·
60
·
λ
·
σ
(f)R
＝
20log|R
C
||||
θ
＝2θ
i
其中，
θ
i
为仰角，
θ
为从视轴测量出的角度，
P
为总接收功率，
G
r
为镜面反射点方向的相对天线增益，
G
r
(
θ
)
为
G
r
的主瓣天线辐射图，
G
m
为最大天线增益值，
η
I
为归一化漫射系数，
ε
r
(f)
为频率
f
处的表面相对介电常数，
σ
(f)
为频率
f
处的表面电导率，
λ
为自由空间波长，
A
为接收信号功率，
η
为中间变量，
j
为虚数
。5.
根据权利要求4所述的一种基于环境驱动和任务驱动的空海跨介质信道建模方法，其特征在于所述无线电信道信噪比表示为：
SNR
＝
S
‑
P
n
P
n
＝
F
a
+10log(B
·
k
·
T0)S
＝
P
t
+G
t
+G
r
‑
L
t
‑
L
r
‑
L
技术研发人员：商志刚，于涵，乔钢，孙思博，温涛，李沫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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