[发明专利]一种无人机毫米波通信波束追踪方法

说明书

本发明公开了一种无人机毫米波通信波束追踪方法，所述无人机毫米波通信的时隙结构设计为一个交换时隙和T个追踪时隙，所述交换时隙内的过程包括接收MSI反馈；根据MSI反馈中的收端无人机的实际位置与姿态信息计算实际波束赋形向量，同时预测未来的T个所述追踪时隙内的收端无人机的位置与姿态信息；通过实际波束赋形向量传输信息；所述追踪时隙内的过程包括根据预测的位置与姿态信息计算预测波束赋形向量；通过预测波束赋形向量传输信息。本发明实现了对无人机位置和姿态的有效追踪，能够在无人机快速移动的情况下提升无人机毫米波通信频谱效率，也不需要导频和收端的信道状态信息反馈，并能够降低与真实运动状态间的时延误差。

技术领域

本发明涉及无人机毫米波波束追踪技术领域，具体的说是一种无人机毫米波通信波束追踪方法。

背景技术

毫米波波束追踪是一种保持毫米波通信链路的技术。毫米波通信采用窄波束补偿毫米波传播的高路损，通过波束追踪技术获得相应的模拟波束赋形向量，保持毫米波波束对准，能够充分利用天线阵列增益，保持毫米波通信链路，提高毫米波通信性能。

目前毫米波波束追踪方法主要利用位置等辅助信息或直接对信号到达角/出发角进行追踪。如《Robust beam-tracking for mmWave mobile communications》中通过扩展卡尔曼滤波方法在假设信号到达角变化较慢的基础上对信号到达角直接进行追踪,但此方法在高速移动环境下可能出现较大的追踪误差，因此不适用于无人机间波束追踪。《Channel tracking with flight control system for UAV mmWave MIMOcommunications》中提出了利用无人机自身位置与姿态信息的无人机对地面的毫米波信道追踪方案，但此方法没有考虑对无人机非自身位置与姿态信息的预测追踪，导致在通信双方无人机均有姿态位置变化时的性能损失。有一篇申请号为“201711015266”的中国专利，公开了一种应用于无人机的电子辅助波束对准方法。该方法中，首先通过GPS等传感器获取无人机自身的位置与姿态信息，然后机械调整使波束对准地面目标，最后采用模拟波束成形算法进行二级对准。此方法没有考虑对无人机非自身位置与姿态信息的获取，不适用于无人机间的波束追踪。

申请人发现，现有方案至少存在如下问题：

现有方案只考虑了对收发两端位置信息或发端自身位置与姿态信息的利用和对信号到达角/出发角的直接追踪，没有考虑收发两端无人机运动中的姿态变化的影响，当无人机运动速度较高时，对信号出发角/到达角的追踪可能出现明显的滞后甚至失准，影响毫米波波束对准，降低通信速率；当收发端无人机姿态变化明显时，只考虑位置信息辅助/发端自身位置与姿态信息辅助的毫米波波束追踪难以取得良好的追踪效果，影响无人机间毫米波通信性能。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明提出了一种无人机毫米波通信波束追踪方法，实现无人机高速运动且有姿态变化的条件下的高效毫米波波束追踪。

本发明解决其技术问题采用以下技术方案来实现：

一种无人机毫米波通信波束追踪方法，所述无人机毫米波通信的时隙结构设计为一个交换时隙和T个追踪时隙，

所述交换时隙内的过程包括

接收运动状态信息(MSI)反馈；

根据MSI反馈中的收端无人机实际位置与姿态信息计算实际波束赋形向量，同时预测未来的T个所述追踪时隙内的收端无人机的位置与姿态信息；

通过实际波束赋形向量传输信息；

所述追踪时隙内的过程包括

根据预测的位置与姿态信息计算预测波束赋形向量；

通过预测波束赋形向量传输信息。