【技术实现步骤摘要】
本申请涉及卫星通信和导航，具体而言，涉及一种星地传播混合信道模拟方法、装置、设备和存储介质。
技术介绍
1、现代卫星通信和卫星导航系统大多拥有多个频段，从传播信道的角度，卫星信号在多个频段(率)下具有差异化的传播特性，导致多频传输会产生不同的传播效果。因此，为采用多频传输技术的系统，提供能够表征多频传播信道差异的信道模型就变得十分重要，而现有的一些星地传播信道模型缺乏卫星星座对多个频段多条链路的仿真能力。
2、现有技术对传播环境进行三维建模并用射线跟踪算法来计算星地传播信道，优点是允许环境的自由变化，并且提供满足空间一致的仿真场景。但是，由于计算复杂度高和缺乏详细的物理环境描述信息，并且射线跟踪算法依赖的传播环境描述往往比较简单，据此进行信道模拟提供的仿真真实性有限。因此，在不会大幅度增加计算量的条件下，提高射线跟踪确定性模型的细节丰富程度成为了迫切的需要。
3、在相关技术中，比如中国专利文献(cn112054857a)记载了一种用于星地通信的信道模拟器及信道模拟方法。该信道模拟器包括总控模块、信道系数生成模块、多个混合延时插值模块、乘法器和累加器，总控模块连接信道系数生成模块，用于向其发出第一控制信号；总控模块还与混合延时插值模块连接，用于向其发出第二控制信号；混合延时插值模块将初始信号序列复制成n路后分别同n条多径信道序列相乘，从而得到n个经过信道衰减后的信号序列；在n路基于混合滤波器系数重载的farrow结构的可变分数时延插值滤波器中，完成分数倍信号的插值，最后通过累加器实现多路多径信号的混叠。尽管
4、由上可见，如何提高卫星星座多个频段多条链路的仿真能力，在不会大幅度增加计算量的条件下，提高射线跟踪确定性模型的细节丰富程度是本领域有待解决的问题。
技术实现思路
1、本申请的主要目的在于提供一种星地传播混合信道模拟方法、装置、设备和存储介质，能够提高卫星星座多个频段多条链路的仿真能力，在不会大幅度增加计算量的条件下，提高射线跟踪确定性模型的细节丰富程度。其具体方案如下：
2、根据本申请的一个方面，提供了一种星地传播混合信道模拟方法，包括以下步骤：
3、s1：场景与运动建模；
4、s2：通过简化的射线跟踪算法识别主反射路径；
5、s3：结合传播图模型渲染密集的多径分量细节；
6、s4：计算多频混合信道传递函数；
7、s5：计算信道冲激响应参数；
8、s6：星地多频信道实时模拟。
9、进一步的，所述步骤s1具体包含以下步骤：
10、s101：局部城市峡谷场景随机建模；
11、具体的，采用几何随机的方式建立一个以选定位置为中心的虚拟峡谷场景的三维模型；
12、s102：用户终端接收机运动建模；
13、其中，所述用户终端接收机被置于车辆或由行人手持，选定一个地理位置作为用户终端的出发点，获取车辆和行人的运动轨迹；
14、s103：卫星星座建模；
15、其中，通过卫星星座建模模拟卫星的无摄椭圆轨道运动，根据计算得到24小时内的卫星ecef坐标，画出星座轨道运行轨迹。
16、进一步的，所述步骤s2中，给定所有卫星的位置和用户终端的位置，通过镜像法射线跟踪算法确定它们之间的可能路径，具体过程如下：对于每个时间历元，给定卫星位置s、用户终端天线a位置和生成的所有平面，对于其中给定一个平面上一点p及其法线pnorm，计算反射；
17、其中，天线位置的镜像点pm计算公式如下：
18、
19、使用投影计算平面中的反射点的公式如下：
20、
21、进一步的，所述步骤s3中，传播图包括顶点集合v与边集合e。顶点集合v表示为：
22、v＝vstx∪vrx∪vsc
23、其中包含3个子集：卫星顶点集vstx、终端顶点集vrx和散射顶点集vsc，顶点之间通过有方向的边e相连接，边集合e由4个子集组成：
24、e＝etr∪ets∪esr∪es
25、其中，etr为卫星到终端边集，ets为卫星到散射体边集，esr为散射体到终端边集，es为散射体到散射体边集；信号依据边的映射关系进行传播，一条边关联一个复ctf，用ae(f)表示，卫星顶点向它的输出边广播信号，终端顶点将抵达它的输入边的信号相加，散射顶点既对输入边抵达的信号求知，又将散射信号发送到输出边上，则一般的传播图的ctf解析表达式如下：
26、hpg(f)＝d(f)+r(f)[i-b(f)]-1t(f)
27、式中，d(f)、t(f)、r(f)和b(f)分别对应etr、ets、esr和es的边ctf；
28、由于在射线跟踪模型中已经考虑了卫星到终端直射传播的计算，卫星到终端边集etr对应的信道传递函数设置为d(f)＝0，则传播图的ctf解析变式为：
29、hpg(f)＝r(f)[i-b(f)]-1t(f)
30、根据传播图建模方法来建模单跳散射和双跳散射，ctf解析式如下：
31、hpg(f)＝r(f)t(f)+r(f)b(f)t(f)
32、其中，r(f)t(f)为单次散射分量，r(f)b(f)t(f)为双跳散射部分。
33、进一步的，所述步骤s3具体包含以下步骤：
34、s301：获取主反射路径参数；
35、以所述步骤s2识别的主反射路径为基础，所述主反射路径参数包括：反射点的三维位置坐标、反射点对应的建筑物墙面或道路面几何参数、反射点对应的建筑物前面或道路面材料参数；
36、s302：添加散射顶点；
37、由卫星星座建模获取顶点集vstx中顶点的位置坐标，由终端和运动建模获取顶点集vrx中顶点的位置坐标，添加散射顶点到顶点集vsc中，所述散射顶点以步骤s301获取的主反射路径参数为基础，以几何随机的方式放置在主反射点所在的平面上；
38、s303：建立传播边集合；
39、建立传播边集合etr、ets、esr和es，即确定信号的传播路径；
40、s304：计算边传递函数；
41、计算传播边集合ets、esr和es中元素的边传递函数，定义边e对应的复信道传递函数为
42、
43、式中，τe为传播延迟，为在区间[0,2π)均匀分布的随机相位；ae(f)为边e的增益，ae(f)取值如下：
44、
45、其中odi(e)表示边e的初始顶点的出边数。对于任意边集e′∈e定义，其中||符号表示集合基数。对于任意边集e′∈e定义，假设散射体间增益值为固定值ae(f)＝a,e∈es，根据边e属于哪一类边集合，用不同的算式计算边增益ae本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S1具体包含以下步骤：
3.根据权利要求2所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S2中，给定所有卫星的位置和用户终端的位置，通过镜像法射线跟踪算法确定它们之间的可能路径，具体过程如下：对于每个时间历元，给定卫星位置s、用户终端天线a位置和生成的所有平面，对于其中给定一个平面上一点p及其法线pnorm，计算反射；
4.根据权利要求3所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S3具体包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：在所述步骤S302中，每一个仿真历元，所述几何随机的方式添加散射顶点的具体过程如下：
7.根据权利要求6所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S4结合步骤S2所述的简化射线跟踪算法和步骤S3所述的传播图模型，将二者在频域上进行混
8.根据权利要求7所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S5中，信道传递函数与信道冲激响应函数互为傅立叶变换对，将多频混合信道传递函数H1,HCM(f),H2,HCM(f),H3,HCM(f)……做快速傅立叶逆变换，即可得到对应的信道冲激响应函数h1(τ),h2(τ),h3(τ)……，提取信道冲激响应参数用于星地多频信道的实时仿真；
9.根据权利要求8所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S6具体包含以下步骤：
10.根据权利要求9所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述可见卫星信息包括可见卫星的数量，以及每个可见卫星的编号、信号频段及数量、移动速度、轨道参数；所述可见卫星信号为当前时刻场景下NT个可见卫星信号，NT由每个可见卫星包含的信号频段数量相加得到；所述接收终端数量为NR。
11.一种星地传播混合信道模拟装置，其特征在于：包括：
12.一种电子设备，包括：
13.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至10任意一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤s1具体包含以下步骤：
3.根据权利要求2所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤s2中，给定所有卫星的位置和用户终端的位置，通过镜像法射线跟踪算法确定它们之间的可能路径，具体过程如下：对于每个时间历元，给定卫星位置s、用户终端天线a位置和生成的所有平面，对于其中给定一个平面上一点p及其法线pnorm，计算反射；
4.根据权利要求3所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤s3具体包含以下步骤：
6.根据权利要求5所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：在所述步骤s302中，每一个仿真历元，所述几何随机的方式添加散射顶点的具体过程如下：
7.根据权利要求6所述的星地传播混合信道模拟方法，其特征在于：所述步骤s4结合步骤s2所述的简化射线跟踪算法和步骤s3所述的传播图模型，将二者在频域上进行混合，得到混合信道传递函数hhcm(f)...
【专利技术属性】
技术研发人员：周顺，俞石云，施伟，刘斌，魏祥麟，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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