[发明专利]一种无人机通信信道冲激响应确定方法及系统

权利要求书

1.一种无人机通信信道冲激响应确定方法，其特征在于，包括：

根据无人机通信环境的散射簇的生成率和结合率，生成散射簇在初始时间的初始个数；

利用K均值聚类算法对散射簇进行分类，得到多个散射簇组；

根据同一个散射簇组中不同的散射簇之间的相关系数确定无人机端和地面接收站相应的散射簇的空间演进幸存概率；

根据无人机端和地面接收站的散射簇的空间演进幸存概率确定相应散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合；

根据散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合确定第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应；

根据第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应确定相应的子信道的总信道冲激响应；

确定每个散射簇的时间演进幸存概率；并根据每个散射簇的时间演进幸存概率更新散射簇的个数；并返回所述利用K均值聚类算法对散射簇进行分类，得到多个散射簇组的步骤；

所述根据同一个散射簇组中不同的散射簇之间的相关系数确定无人机端和地面接收站相应的散射簇的空间演进幸存概率，具体包括：

利用公式确定同一个散射簇组的第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数；

利用公式和公式确定无人机端和地面接收站的第i个散射簇的空间演进幸存概率；

其中，Γ_ij(t，f)为第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数，β是相关因子，根据不同的市区或郊区场景，在0-1范围内进行取值，η是频率相关因子，由该场景与频率的相关程度决定，τ_i和τ_j是第i个散射簇和第j个散射簇的时延，而在不同散射簇组的第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数＝0，δ_T和δ_R分别是发射端和接收端的天线间隔，是散射簇非平稳的空间相关距离系数，H是无人机的t0时刻的初始高度，是无人机的飞行速度矢量的垂直方向分量，其中，p_j和q_j是状态转换因子，当第j个散射簇是幸存状态时，p_j＝1和q_j＝0，当第j个散射簇是消失状态时，p_j＝0和q_j＝1，f为当前频率，f_c为载频；

所述根据散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合确定第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应，具体包括：

利用公式

确定第n个散射簇组的m个散射簇可同时被第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应；

利用公式

确定第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的直射路径的信道冲激响应；

其中，和分别是接收端和发射端的多普勒频偏，是第l根发射天线经过第n个散射簇组的m个散射簇传输到第k根接收天线的相位，分别是该直射路径信道冲激响应的多普勒频偏，是该直射路径信道冲激响应的相位，λ_G和λ_R分别为无人机通信环境的散射簇的生成率和结合率；

所述根据第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应确定相应的子信道的总信道冲激响应，具体包括：

利用公式

确定相应的子信道的总信道冲激响应；

其中，K是直射路径参数，S_n,m是第n个散射簇组的m个散射簇中射线的个数，是直射路径的时延，τ_kl,n,m,s是第n个散射簇组的m个散射簇第s条射线的时延，P_n,m,s是第n个散射簇组的m个散射簇第s条射线的功率，M(t)＝G(t)/N(t)，G(t)为t时刻散射簇的个数，N(t)为t时刻散射簇组的个数。

2.一种无人机通信信道冲激响应确定系统，其特征在于，包括：

散射簇的初始个数确定模块，用于根据无人机通信环境的散射簇的生成率和结合率，生成散射簇在初始时间的初始个数；

散射簇分类模块，用于利用K均值聚类算法对散射簇进行分类，得到多个散射簇组；

散射簇的空间演进幸存概率确定模块，用于根据同一个散射簇组中不同的散射簇之间的相关系数确定无人机端和地面接收站相应的散射簇的空间演进幸存概率；

散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合确定模块，用于根据无人机端和地面接收站的散射簇的空间演进幸存概率确定相应散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合；

直射路径的信道冲激响应和非直射路径的信道冲激响应确定模块，用于根据散射簇的可见发射端天线集合和可见接收端天线集合确定第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应；

总信道冲激响应确定模块，用于根据第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应和直射路径的信道冲激响应确定相应的子信道的总信道冲激响应；

散射簇的个数更新模块，用于确定每个散射簇的时间演进幸存概率；并根据每个散射簇的时间演进幸存概率更新散射簇的个数；并返回所述利用K均值聚类算法对散射簇进行分类，得到多个散射簇组的步骤；

所述散射簇的空间演进幸存概率确定模块具体包括：

相关系数确定单元，用于利用公式确定同一个散射簇组的第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数；

散射簇的空间演进幸存概率确定单元，用于利用公式和公式确定无人机端和地面接收站的第i个散射簇的空间演进幸存概率；

其中，Γ_ij(t，f)为第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数，β是相关因子，根据不同的市区或郊区场景，在0-1范围内进行取值，η是频率相关因子，由该场景与频率的相关程度决定，τ_i和τ_j是第i个散射簇和第j个散射簇的时延，而在不同散射簇组的第i个散射簇和第j个散射簇之间的相关系数＝0，δ_T和δ_R分别是发射端和接收端的天线间隔，是散射簇非平稳的空间相关距离系数，H是无人机的t0时刻的初始高度，是无人机的飞行速度矢量的垂直方向分量，其中，p_j和q_j是状态转换因子，当第j个散射簇是幸存状态时，p_j＝1和q_j＝0，当第j个散射簇是消失状态时，p_j＝0和q_j＝1，f为当前频率，f_c为载频；

所述直射路径的信道冲激响应和非直射路径的信道冲激响应确定模块具体包括：

非直射路径的信道冲激响应确定单元，用于利用公式

确定第n个散射簇组的m个散射簇可同时被第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的非直射路径的信道冲激响应；

直射路径的信道冲激响应确定单元，用于利用公式

确定第l根发射天线到第k根接收天线的子信道的直射路径的信道冲激响应；

其中，和分别是接收端和发射端的多普勒频偏，是第l根发射天线经过第n个散射簇组的m个散射簇传输到第k根接收天线的相位，分别是该直射路径信道冲激响应的多普勒频偏，是该直射路径信道冲激响应的相位，λ_G和λ_R分别为无人机通信环境的散射簇的生成率和结合率；

所述总信道冲激响应确定模块具体包括：

总信道冲激响应确定单元，用于利用公式

确定相应的子信道的总信道冲激响应；

其中，K是直射路径参数，S_n,m是第n个散射簇组的m个散射簇中射线的个数，是直射路径的时延，τ_kl,n,m,s是第n个散射簇组的m个散射簇第s条射线的时延，P_n,m,s是第n个散射簇组的m个散射簇第s条射线的功率，M(t)＝G(t)/N(t)，G(t)为t时刻散射簇的个数，N(t)为t时刻散射簇组的个数。