[发明专利]一种基于时间调制阵列的无人机反向散射通信方法

权利要求书

1.一种基于时间调制阵列的无人机反向散射通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在无人机上设置时频全双工的时间调制天线阵列FD-TMA；

所述FD-TMA包括：N个移相器、N个单刀双掷SPDT开关以及两个单刀多掷SPMT开关；N为天线阵元数量；每个天线阵元连接一个移相器，每个移相器连接一个SPDT开关的固定端，发射机和接收机分别连接一个SPMT开关的固定端；每个SPMT开关的动端有N个电路触点，N个电路触点分别连接N个SPDT开关动端的一个电路触点；

所述SPDT开关用于切换收发射频链路的同时，对收发信号进行时间调制；所述SPMT开关用于对收发信号进行合路或分路；当发射机或接收机的射频链上的SPMT开关切换到某一路天线阵元时，该天线阵元对应连接的SPDT开关切换到发射状态或接收状态，此时发射机或接收机的射频链与该天线阵元端口形成通路；通过将SPMT开关和SPDT开关组合，实现收发天线共用的同时将收发射频链隔离开；

步骤2：调整FD-TMA中移相器的相角与天线阵元收发状态的调制时序，实现自干扰抑制；

设置第n个天线阵元连接的移相器的相位

在一个调制周期T内，设置N个阵元的发送调制时序为其中，t_on,n、t_off,n分别为第n个阵元的发送起始时刻、发送状态的截止时刻；设置接收调制时序为其中，t′_on,n、t′_off,n分别为第n个阵元的接收起始时刻、接收状态的截止时刻；

自干扰信号是由相邻两个阵元发送并接收到的，从发射机输出到接收机的过程受到调制信号m(t)的调制，其中，t表示t时刻，χ′为自干扰信号的幅度相位加权系数，是固定常数，代表发射机信号经由阵元n₁发射后被阵元n₂接收后对接收机自干扰的损耗，d为阵元间距，λ为信号载波波长，n₁＝1,2,…N-1；对调制信号m(t)进行傅里叶级数展开，得出自干扰信号的基频分量的能量为0，干扰能量被调制到谐波分量上；

步骤3，无人机悬停于后向散射通信设备BD的上方，无人机发射机的输出信号经FD-TMA时间调制，产生基频分量和谐波分量，生成单载波多谐波射频信号；无人机移动使得基频分量的最大增益方向对准BD，然后对BD发送射频信号并提供无线能量；

发射机的输出信号经SPDT开关进行时间调制，每个天线阵元将产生多个谐波分量，每个谐波的频率响应通过傅里叶级数求得，设α_n,q为第n个天线阵元上发送时序的第q次谐波的频率响应，q＝-Q,-Q+1,…,Q；当信号的发射角为θ_D时，FD-TMA的响应矢量y_T(θ_D)为：

y_q(θ_D)为发射角为θ_D时无人机发射端的第q次谐波上的频率响应，q＝-Q,-Q+1,…,Q；

无人机在接收状态下，设第n个天线阵元上接收时序的第q次谐波的频率响应为β_n,q，当信号的入射角为θ_A时，FD-TMA的响应矢量y_R(θ_A)为：

y_q(θ_A)为入射角为θ_A时无人机接收端的第q次谐波上的频率响应，q＝-Q,-Q+1,…,Q；对比FD-TMA的响应矢量y_T(θ_D)和y_R(θ_A)，得到，无人机的发送信号的远场方向图和接收信号的远场方向图相同，当无人机发送基频分量的最大增益方向对准BD时，BD的反射信号也对准接收基波方向图的最大方向；

步骤4，BD接收到射频信号后为本地储能设备进行充电，并对接收的射频信号中的基频分量信号进行调制后反射出去；

步骤5：无人机通过FD-TMA对接收到的BD反射信号进行接收，各阵元接收信号经过FD-TMA的SPDT开关开关的时间调制后产生谐波分量，经SPMT开关合为一路；在接收机设置低通滤波器，低通滤波器将自干扰信号滤除，得到BD反射的信号，再对BD反射信号进行信道估计和解码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤5中，无人机对接收到的BD反射信号经FD-TMA时间调制后产生多个谐波分量，其中，接收到的反射信号的主能量集中在基频分量上，自干扰信号的主能量集中在频率f_SI＝f_C+f_M的一次谐波分量上，f_C为发射机载波频率，f_M＝1/T。