本发明专利技术为基于LMS自适应滤波的旋翼缝隙时间预测算法及装置，属于直升机宽带卫星通信领域，根据接收到的信号功率获得遮挡时间长度和缝隙时间长度，根据旋翼的物理结构参数，把遮挡时间长度和缝隙时间长度转化为旋翼在一个桨叶周期内的平均转速，得到旋翼平均转速序列，通过LMS自适应滤波器，得到下一个桨叶周期内旋翼平均转速的预测值，再把旋翼平均转速的预测值转化为缝隙时间长度预测值，即完成了对旋翼缝隙时间的预测，本发明专利技术设计了完整的预测算法并将其实现为硬件装置，通过预测旋翼缝隙时间，可以稳定可靠地实现直升机宽带卫星信号传输，减少旋翼遮挡对信号传输的影响；本发明专利技术鲁棒可靠，无需配置操作，适宜装配在直升机宽带卫星通信系统中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及直升机宽带卫星通信
，涉及一种不改变直升机物理结构利用现有设备实现流畅鲁棒直升机宽带卫星通信的算法，具体涉及一种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法及装置。
技术介绍
近年来，自然灾害频发，直升机以其灵活性在应急救灾中发挥着重要的作用。为了能在直升机飞行过程中实时传输图像和视频信息，近年来直升机宽带卫星通信的研究引起了人们的广泛关注。直升机宽带卫星通信的工作频段一般在Ku/Ka频段，为了不影响直升机的气动特性，卫星天线一般安装在直升机旋翼的下方，因此直升机发射和接收的信号会受到周期性的遮挡。直升机宽带卫星通信要解决的一个关键问题就是如何在周期性遮挡的条件下进行可靠的传输。日本最早开展了这方面的研究，提出了 Ku波段直升机宽带卫星通信的整体解决方案(三菱，专利号P2009-2U665)，并进行直升机飞行实验现场测试成功。之后美国研究机构也做出了类似的产品(Boeing，专利号US 2010/03309 )，并装备在美军的黑鹰直升机上。在直升机前反向信息传输过程中，调制解调设备需要对接收信号进行功率检测。 通过检测信号的功率变化，获得接受信号被遮挡的情况，从而在发送端和接收端对信号进行相应的处理。在直升机旋翼转速发生变化时，这样的检测得到的结果并不能代表下一次遮挡的情况，这对于发送和接收数据缝隙状态起始时间的选择和判定而言具有滞后性，会带来信息的损失。。因此，要想保证信息无损失的传输，需要预知下一个缝隙时间的长度，也就是需要对下一个缝隙时间长度进行预测。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法及装置，通过预测下一个缝隙时间的长度，克服旋翼转速变化导致的传输信息损失，保证信息传输的完整性，本专利技术适用于直升机宽带卫星通信中周期性遮挡的信道条件，其目的是提高传输的可靠性。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是—种基于LMS的直升机旋翼缝隙时间预测方法，包括以下步骤检测计数步骤，分别对直升机宽带卫星通信信号正常传输状态和被遮挡状态进行时间计数，从而得到旋翼的缝隙时间长度Tb和遮挡时间长度Ts ；时间速度转换步骤，根据旋翼的缝隙时间长度Tb和遮挡时间长度Ts获取直升机每个桨叶周期内的旋翼平均转速办；速度预测步骤，依次计算出每个桨叶周期内的旋翼平均转速办，得到一系列的平均转速= 1,2,...，《为旋翼转速采样标号，将看成是随机信号，应用LMS自适应滤波器来对其进行预测，以获取下一个桨叶周期内的旋翼平均转速的预测值孟…+ 1)；速度时间转换步骤，根据上一步得到的下一个桨叶周期内的旋翼平均转速的预测值孟…+ 1)，获取下一个缝隙时间长度的预测值+ 。其中，_ 2π在所述时间速度转换步骤中，根据公式 =^^7y，获取直升机每个桨叶周期内的旋翼平均转速办，其中M为直升机桨叶个数。在所述速度预测步骤中，设LMS自适应滤波器为N阶，记办㈨,《 = 1,2,...为x(n)，n =1,2,...,则滤波器的输入信号为 χ (n-1) = τ，是一个长为 N的向量，把当前的χ(η)作为期望响应，应用LMS自适应滤波算法对滤波器系数W进行自适应调整，LMS自适应滤波算法的递推公式为滤波器输出W(W) = ^1(W-I)X(W-I)估计误差:e(n)=x(η)-y (η)权自适应更新众(w)= w( -l)+ //x( -l)e>)调整后得到的滤波器系数记为众= t，它也是一个长为N的向量，预测的输出为对《 + 1)=众*x(n)，其中 χ (η) = τ, * 代表共轭转置，预测的输出对《 + 1)即为下一个桨叶周期内的旋翼平均转速的预测值凉(《 + 1)。在所述速度时间转换步骤中，下一个缝隙时间长度的预测值-. _ φ2πTU— = ^+^，其中Γ>+1) = Ι^Γ^^，0缝隙时间在奖叶周期内的占空比。基于上述直升机旋翼缝隙时间预测方法，本专利技术还提供了实现该方法的一种装置，包括检测计数装置，用于检测接收信号的功率，并根据功率大小判断当前接收的信号是否被遮挡，并分别统计缝隙时间长度Tb和遮挡时间长度Ts ；时间速度转换单元，用于把缝隙时间长度Tb和遮挡时间长度Ts转换为直升机每个桨叶周期内的旋翼平均转速办，并计算得到缝隙时间在桨叶周期内的占空比D ；LMS自适应滤波器，用于预测下一个桨叶周期内的旋翼平均转速孟…+ 1)，其包括 FIR滤波器、减法器、乘法器以及加法器，将通过计算每个桨叶周期内的旋翼平均转速办进而得到的一系列平均转速= 1,2,...，η为旋翼转速采样标号，输入到所述HR滤波器， 滤波之后的初步预测值y (η)与期望数值χ (η)输入到所述减法器做差，得到一个误差值 6(11)，误差值6(11)、步长μ和输入向量x(n-l)进入乘法器，相乘得到权系数的调整增量，权系数向量和所述调整增量进入加法器，相加得到新的权系数向量，新的权系数向量用来进行下次滤波使用，把输入向量x(n-l)的最后一个元素去掉，再把期望数值 χ (η)作为第一个元素，得到一个新的输入向量χ (η)，把这个新的输入向量进行FIR滤波后的结果对《 + 1)输出，作为预测结果输出；速度时间转换单元，用于把LMS自适应滤波器预测得到的下一个旋翼周期的平均速度孟(《 + 1)转化为旋翼的缝隙时间长度的预测值+ 。其中，所述时间速度转换单元包括两个除法器，第一除法器用于将时间数据转化为速度数据，它的被除数是一个桨叶周期内所转过的角度Φ，除数是当前一个桨叶周期的时间Τ。， 得到的商即旋翼在当前一个桨叶周期内的平均速度办;第二除法器的被除数是缝隙时间长度Tb，除数是当前一个桨叶周期的时间Τ。，得到的商即当前一个桨叶周期内缝隙时间在桨叶周期内的占空比D。所述速度时间转换单元包括一个除法器和一个乘法器，除法器的被除数是一个桨叶周期内所转过的角度Φ，除数是LMS自适应滤波器得到下一个旋翼平均转速的预测值 ^( + 1)，得到的商就是下一个桨叶周期的预测值+ ；乘法器的输入分别为桨叶周期的预测值+ 和缝隙时间在桨叶周期内的占空比D，相乘以后得到下一个缝隙时间长度的预测值+ 。本专利技术与现有技术相比，优点在于1)根据直升机旋翼转速的相关性对其缝隙时间进行有效的预测，可以助于确定传输有效帧的起止时间。2)算法鲁棒性高，可以工作于直升机执行任务的全过程，无需重启或配置。3)算法简单易于实现，整个过程无矩阵运算，易于硬件实现。附图说明图1是本专利技术所述的预测算法的处理流程示意图。图2是本专利技术所述的LMS自适应滤波算法流程图。图3是本专利技术所述的旋翼缝隙时间预测装置结构框图。图4是本专利技术所述的时间速度转换单元结构框图。图5是本专利技术所述的LMS自适应滤波器装置结构框图。图6是本专利技术所述的速度时间转换单元结构框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，为整个预测方法的处理流程它的输入是接收到的含遮挡的信号，输出是旋翼缝隙时间长度的预测值。它的处理流程包括检测计数、时间速度转换、 速度预测、速度时间转换四个部分，检测计数的目标是获取旋翼的缝隙时间长度Tb和遮挡时间长度Ts，在时间速度转换过程中，根据一个桨叶周期的时间长度T。= Tb+Ts，τ得到缝隙本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：匡麟玲，倪祖耀，凡明清，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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