无人机信道下OFDM系统同步研究及仿真

正交频分复用（OFDM）技术由于其高效的频谱利用率和良好的抗多径和频率选择性衰落性能,成为无人机通信链路数据传输技术的一种可能的解决方案。针对无人机数据链系统技术指标要求,给出了OFDM系统参数设计和同步需求分析,提出了有效的OFDM同步技术方案,并在实用的无人机信道下对系统同步性能进行了仿真和分析。仿真结果表明,所提技术方案具有较好的同步性能和误码率性能,能够满足OFDM无人机数据链系统性能要求。     

无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统

针对战场环境下复杂传播环境及敌方干扰对无人机通信系统性能的影响,提出了综合信道衰落和干扰共同作用下的无人机通信信道理论模型。在此基础上,基于微波暗室设计实现了无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统。该系统利用硬件现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实时模拟无人机通信信道和干扰信号,利用微波暗室模拟外场的无线传播环境,并通过天线位置和角度调节装置模拟发射机、干扰机和接收机之间的空间位置特性。实测结果表明,该半实物仿真系统能够真实复现无人机通信干扰电磁环境,可用于无人机数据链抗干扰性能的测试和评估。     

一种地空数据链通信系统的无线信道分析方法

基于无线通信信道中电波的传播方式和信道的衰落特性,本文分析得出了在地空数据链通信系统中适用于不同通信区域的无线信道模型;给出了一种针对地空数据链通信系统的链路余量的仿真分析方法。通过该仿真分析方法,可得到地空数据链通信系统在不同通信场景下的链路余量结果,从而为系统的设计提供支撑。     

SC-FDE在无人机遥测下行链路中的应用研究

该文针对无人机高速率下行数据链通信中存在的码间干扰和多径衰落,在对无人机信道进行建模的基础上,采用了迫零均衡(Zero Forcing,ZF)和最小均方误差均衡(Minimum Mean Square Error,MMSE)两种算法的单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)技术对此码间干扰和多径衰落进行了抑制;通过仿真得到采用SC-FDE技术使得误码率明显下降,从而验证了在无人机高速率下行数据链通信中,采用SC-FDE技术能有效抑制码间干扰和多径衰落。     

无人机数据链中Turbo码研究与FPGA实现

无人机数据链系统与地面控制站进行的是遥测数据、侦察图像和遥控指令传输,因此高质量的通信是确保无人机数据链发挥效能的关键。针对无人机信道的特点和要求,研究分析了无人机信道的统计模型,重点分析了影响Turbo码性能的一些主要因素,采用硬件描述语言VerilogHDL实现了Turbo码编译码器的FPGA设计。实验结果表明,在纠错能力范围内,该设计方案能够正确纠错并译码,并且具有较高的译码速率,提高了无人机数据链的通信质量和抗干扰性能。     

一种基于改进卡尔曼滤波的无人机信道估计算法

主要研究用于无人机下行高速数据链路的信道估计算法,构建了包括正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)传输系统和无人机常用场景信道冲激响应模型的无人机通信系统。针对无人机通信系统快时变的信道特性,提出了一种基于改进卡尔曼滤波器的信道估计算法。仿真结果表明,该算法可以提高无人机信号估计精度,有效抵抗噪声干扰,并在计算量上有了一定的优化,提高了运行速度。     

基于飞行轨迹的无人机通信信道仿真

通过分析无人机之间无线链路的传播损耗、多普勒频率和多径时延等特征参数,提出一种基于三射线的无人机通信信道模型,并给出了无人机飞行轨迹在不同坐标系中的转换公式及已知飞行轨迹求解信道模型参数的方法。最后针对两种不同的典型飞行场景,对无人机通信链路的多径时延、传输损耗及多普勒频率算法进行了仿真验证,并获得了基于飞行轨迹的无人机空空数据链信道模型。该模型对无人机数据链系统参数选取、物理层算法设计和性能分析等具有重要意义。     

一种面向无人机通信的协作干扰安全传输技术

本文利用无人机的高机动特性带来信道的动态变化这一机理,通过合理地控制无人机位置,靠近合法节点并远离窃听节点,增加合法节点的信道增益,削弱窃听节点的信道增益,从而提高信源端和目的端的安全通信容量。已有的无人机空地信道模型大多仅考虑视距传输链路,本文在此基础上增加了非视距链路（Not Line of Sight, NLOS）,并且在窃听者位置存在估计误差条件下,建立了两架无人机协同通信场景,在上述场景下通过合理规划两架无人机飞行轨迹,增强合法信道增益,削弱窃听信道增益,并联合无人机的功率分配,实现最大化平均保密速率。该优化问题为非凸问题,因此采用了连续凸近似（Successive Convex Approximation, SCA）以及块坐标下降算法 （Block Coordinate Descent Algorithm, BCD）来解决问题。仿真结果表明在视距链路和非视距链路同时存在的前提下,通过规划两架无人机的飞行轨迹,信号功率,能有效提升无人机通信系统的保密速率。      

无人机数据链中Turbo码性能研究与FPGA设计

无人机数据链系统与地面控制站进行的是遥测数据、侦察图像及遥控指令的传输,因此高质量的通信是确保无人机数据链发挥效能的关键。针对无人机信道的特点和要求,研究分析了无人机信道的统计模型,分析了各种因素对Turbo码性能的影响,并对影响Turbo码性能的各种参数条件进行了Matlab仿真。以Turbo码编解码器的FPGA实现为目标,以上述理论分析为基础,结合无人机高速信道特点制定了编解码方案,并运用Modelsim和MATLAB等工具进行了功能时序验证和定点仿真。     

无人机测控信道衰落特性及其抑制方式

分析了无人机测控信道模型以及由小规模衰落带来的非频率选择性衰落、频率选择性衰落与时间选择性衰落的产生机理及特性,并针对这3种衰落进行了抑制方法分析,指出OFDM、交织与编码以及空间分集是无人机测控中值得重点研究的抗衰落技术.     

莱斯衰落信道下大规模MIMO系统中的信道估计方法

日趋重要的高速移动工具,如高速铁路、无人驾驶飞机等,大多都处在开阔地带.由于视距传播的存在,瑞利衰落模型已经不能很好地描述该环境下的信道情况,而莱斯衰落信道模型由视距分量和多径分量组成,更能准确地表述上述信道变化.基于此模型,在大规模天线系统下,在已存在的基于叠加训练序列信道估计方法的基础上,提出了改进的信道估计方法和对应的解码方法.改进后的信道估计方法分为直射分量已知和未知两种情况,分别推导了相应的信道估计公式和解码方法.数值仿真结果验证了本文所提方案性能的优越性.     

地空信道二径模型及仿真

在对地空通信信道充分研究的基础上,提出“二径模型”可以较好地模拟地空通信链路“通视”条件下的信道。对二径模型的仿真结果表明,主反射波与直射波干涉现象产生的深衰落点附近电平可能会低于系统灵敏度电平,可能会造成系统数据丢失或失去跟踪。三维仿真表明,信道不仅随着距离的变化会出现深衰落,还对某些频率的信号衰落较严重,而另一些频率则衰落较小。这对系统频率的选取有一定的指导作用。     

采用前馈定时同步的解调器设计与实现

无人机数据链系统中的解调器常用反馈结构实现定时同步,而无人机起降阶段多径十分严重,采用反馈定时同步的解调器工作不稳定。针对这个问题,分析比较了反馈式和前馈式2种定时同步方法的原理,选择前馈式定时同步方法设计实现了一种用于无人机起降阶段的解调器;介绍了前馈式定时同步的算法选择和参数设计过程,并阐述了解调器的工作原理和硬件组成。经测试和实际工程验证,解调效果良好。     

应用于无人机测控传输系统的多元LDPC码

针对无人机巡查区域地理环境复杂、信道特性多变、突发衰减严重的问题,设计了一种基于多元低密度奇偶校验( Q-LDPC)码的无人机测控传输系统。为减小置信传播( BP)类译码算法中振荡变量节点引入的错误传播,采用加权因子校正迭代前后的变量信息,从而减小短环对遥测、遥控等中短码字译码性能的影响,提高无人机测控传输系统可靠性。基于突发衰减信道建立系统仿真模型,仿真结果表明,所提方案通过将连续的突发比特错误转换为数量较小的符号错误,能够有效抵御快速衰落,降低误码率,为无人机对地观测提供安全保障。     

无人机空地信道衰落包络统计特性研究

针对电平通过率和平均衰落持续时间能有效反映信道衰落包络的恶劣状况,提出了一种基于几何随机的无人机信道模型,该模型支持任意三维轨迹运动。在此基础上,分析推导了电平通过率和平均衰落持续时间的理论表达式,并得到二维散射情况下的闭式解。针对无人机高速飞行场景的仿真结果表明,本文推导的电平通过率和平均衰落时间理论值与仿真值吻合,并且与实际测量结果基本一致,可极大降低评估计算的复杂度,对UAV通信系统的差错控制编码和分组交织设计具有理论指导意义。      

无人机地空链路信道特性与宽带数据传输

无人机地空链路数据传输存在多径衰落的影响。详细分析了无人机在滑行、起降和巡航3种状态下地空信道的传输特性。针对滑行、起降阶段多径时延大、存在频率选择性衰落的问题,提出了宽带数据传输技术——单载波频域均衡(SC-FDE)和正交频分复用(OFDM),并对SC-FDE进行了性能仿真。仿真结果表明,SC-FDE可以有效解决无人机滑行、起降阶段的多径衰落影响,提高宽带数据传输质量。     

Direct-sequence spread-spectrum parallel acquisition innonselective and frequency-selective Rician fading channels

This work presents the performance of the direct-sequence spread-spectrum (DS-SS) parallel acquisition system, previously proposed by the authors (1989, 1990), for nonselective and frequency-selective Rician (i.e. specular plus Rayleigh) fading channels. The acquisition system utilizes a bank of parallel I-Q noncoherent matched filters for the search mode, and a coincidence detector for the verification mode. The probabilities of detection and false alarm are derived and the mean and variance of the acquisition time are evaluated as a measure of the system performance. The nonselective channel is a Rayleigh fast fading channel, while the frequency-selective channel model is the so-called wide sense stationary uncorrelated scattering (WSSUS), selective only on frequency. These channels are typical for aircraft-satellite and line-of-sight (LOS) communications