[发明专利]一种无人机电磁干扰通信环境半物理仿真方法及装置

权利要求书

1.一种无人机电磁干扰通信环境半物理仿真方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，总控单元(1-1)的系统状态模块(1-12)自动进行硬件设备的自检，依次检测数据采集记录单元(1-2)、数据链射频信号模拟单元(1-3)、信道和干扰模拟单元(1-4)以及天线滑轨控制单元(1-5)是否正常连接；

第二步，用户通过总控单元(1-1)的参数配置模块(1-14)，首先进行信号和干扰场景的设置，然后进行信号和干扰信道参数的计算，并对计算所得参数进行定点量化，最后参数将通过CPCI总线传输到信道和干扰模拟单元(1-4)，具体方法如下：

(a)总控单元利用用户设置的收发端移动轨迹，获得任意t时刻无人机和地面通信设备的坐标，分别记为r_A＝(x_a,y_a,z_a)、r_B＝(x_b,y_b,z_b)；

(b)分析无线信号传播过程中地面的反射位置r_C＝(x_c,y_c,z_c)，计算方法如下

其中R_e＝6378137m，R_P＝6356752m；

(c)分析直射径和反射径的通信距离D_los,D_ref和略射角ξ，其中，D_los,D_ref利用欧氏距离公式计算，ξ的计算方法如下

其中|BC|表示待测产品和反射点的距离，|AC|表示发射天线和反射点的距离；

(d)分析地面反射系数R_F和粗糙地面因子m，计算方法如下

其中ε_r表示介电常数，λ表示信号波长，σ为磁导率，J₀(·)表示贝塞尔函数；

(e)分析直射径、反射径和散射径的信号传播损耗，计算方法如下

α_dir＝32.44+20lgf_c+20lgD_los (5)

其中，f_c表示信号载波频率；

(f)模拟产生无人机通信链路的信道冲激响应方法如下

其中，δ(·)表示冲积函数，τ_dir、τ_ref、τ_sca分别表示直射径、反射径和散射径的传播时延，β(t)表示由建筑物和山脉导致的阴影衰落，可建模成对数正态分布，γ(t)表示不可分辨散射支路叠加后形成的多径衰落，可建模为瑞利、莱斯或Nakagami分布；

(g)重复步骤(a)到(f)的方法，计算并仿真获得干扰信道的冲激响应

(h)根据用户输入参数计算热噪声和背景噪声，进而获得等效噪声

第三步，用户通过总控单元(1-1)的方位调节模块(1-15)进行抗干扰测试环境模拟单元的设置，具体方法如下：

(a)通过无人机飞行轨迹中方位角、俯仰角和滚转角的数据得到转台的运动参数；

(b)通过发送端和无人机的位置关系计算出发射天线和无人机的方向关系，得到发射天线扫描架的运动参数；

(c)通过计算干扰机与无人机的位置关系得到干扰天线扫描架和滑轨的运动参数；

第四步，总控单元(1-1)通过CPCI总线向运动控制模块(1-18)发出运动指令和控制信号，运动控制模块(1-18)与电机驱动模块(1-19)进行通讯，控制信号经电机驱动模块功率放大后驱动电机运动，最后控制抗干扰测试环境模拟单元(1-6)中各个设备运转并配置至相应的测试环境；

第五步，总控单元(1-1)的数据链信号设置模块(1-16)通过CPCI总线控制数据链射频信号模拟单元(1-3)发射无人机数据链射频信号，无人机数据链射频信号进入信道和干扰模拟单元(1-4)，然后数据链输入信号模块(1-7)通过AD芯片将模拟信号转化为数字信号，下变频后得到复基带数据链信号；干扰信号模块(1-8)内置干扰源包括窄带噪声调制干扰、连续噪声干扰和宽带扫频干扰；数据链信号和干扰信号分别通过数据链信道和干扰信道模块(1-9)叠加信道衰落后通过干信比控制模块(1-10)进行信号功率和干扰功率的调整；无人机数据链信号和干扰信号分别叠加指定信噪比的噪声模块(1-11)后进行上变频，由DA芯片输出到抗干扰测试环境模拟单元(1-6)；

第六步，待测设备解调仿真系统产生的信号，并将解调数据通过1553b总线传到数据采集记录单元(1-2)，然后通过CPCI总线传给总控单元，总控单元(1-1)的性能评估模块(1-17)对解调数据进行误码率、误帧率和丢帧率的计算并给出待测设备的性能结果。

2.一种无人机电磁干扰通信环境半物理仿真装置，其特征在于：包括总控单元(1-1)、数据采集记录单元(1-2)、数据链射频信号模拟单元(1-3)、信道和干扰模拟单元(1-4)、天线滑轨控制单元(1-5)和抗干扰测试环境模拟单元(1-6)；

所述总控单元(1-1)由系统状态模块(1-12)、设备校准模块(1-13)、参数配置模块(1-14)、方位调节模块(1-15)、数据链信号设置模块(1-16)和性能评估模块(1-17)组成；

所述数据采集记录单元(1-2)用于接收待测设备回传的数据，待测设备接收端天线解调的数据通过1553b总线传给数据采集记录单元(1-2)，然后数据采集记录单元(1-2)通过CPCI总线传给总控单元(1-1)；

所述数据链射频信号模拟单元(1-3)用于模拟数据链射频模拟信号，总控单元(1-1)将用户设置的数据链信号类型配置参数通过CPCI总线载入到数据链射频信号模拟单元(1-3)，并控制数据链射频信号模拟单元(1-3)产生对应的数据链模拟信号，最后发送至信道和干扰模拟单元(1-4)；

所述信道和干扰模拟单元(1-4)由数据链输入信号模块和干扰信号模块、数据链信道和干扰信道模块、干信比控制模块和噪声模块组成；

所述天线滑轨控制单元(1-5)由运动控制模块(1-18)、电机驱动模块(1-19)和光电编码模块(1-20)组成；总控单元(1-1)通过CPCI总线向电机驱动模块(1-19)发出运动指令和控制信号，控制信号经电机驱动模块(1-19)功率放大后驱动电机运动；运动控制模块(1-18)直接与电机驱动模块(1-19)进行通讯，从而控制设备运转；

所述抗干扰测试环境模拟单元(1-6)由微波暗室、标准天线和电缆、天线方位校准和调节装置构成。