[发明专利]一种复杂气象环境海上无线通信信道衰落估计方法

权利要求书

1.一种复杂气象环境海上无线通信信道衰落估计方法，其特征在于，引入复杂气象环境对海上无线通信信道衰落影响，构建直射、镜面反射和漫反射无线通信信道衰落函数，建立复杂气象环境海上无线通信信道衰落估计模型；设计改进蜂群算法对海上无线通信信道衰落估计进行求解，具体包括如下步骤：

1)假设以海上智能通信基站为发射机，以舰船无线通信终端为接收端进行无线通信，包含舰船静止与基站位置、舰船离开基站方向航行和舰船向基站方向航行三种运动状态，具体步骤如下：

1-1)舰船以6节的恒定速度线性航行，衰落数据采样分为2组，一组为向基站方向航行，另一组为离开基站方向航行，通过海上智能通信基站发射心跳射频信号至舰船接收端，在舰船接收端进行信道衰落数据采样，构建海上无线通信信道数据集；

1-2)海上智能通信基站和舰船位置相对固定，通过海上智能通信基站发射固定的心跳射频信号至舰船接收端，在舰船接收端进行信道衰落数据采样，构建海上无线通信信道数据集；

2)基于步骤1-1)或1-2)构建的海上无线通信信道数据集，融合海上稀疏信道衰落因子、菲涅尔茨海洋表面电磁波散射、海浪阴影衰落因子，以对数路径损耗模型为基础，构建直射、镜面反射和漫反射路径无线通信信道衰落函数；

3)引入晴、雾、雨、雪和雨雪雾混合海上气象环境对无线信道衰落的影响，构建综合气象环境无线信道衰落函数，融合步骤2)构建的直射、镜面反射和漫反射路径信道衰落函数，构建复杂气象环境综合海上无线信道衰落估计模型；

4)设计改进蜂群算法对海上无线通信信道衰落估计求解，以引领蜂为中心，通过构建以Sin(·)函数为算子引导跟随蜂进行搜索；运用贪婪策略选择m个适应度最优的跟随蜂，由侦查蜂标记并入侦查蜂集，构建新的侦查蜂集；以侦查蜂解集的均方差判断其解的准确度，避免因求解误差导致的算法抖动；引领蜂以概率P接收侦查蜂解，将该侦查蜂更新为新的引领蜂，抑制引领蜂更新时容易陷入局部最优的问题；

5)输出海上无线信道衰落估计结果，以平均绝对误差MAE、均方根误差RMSE、迭代次数和运行时间为评价指标对模型的精度和运行效率进行评价。

2.根据权利要求1所述的一种复杂气象环境海上无线通信信道衰落估计方法，其特征在于，步骤2)中，构建的直射路径、反射路径和漫反射路径无线通信信道衰落函数，具体包括如下步骤：

2-1)根据Frris公式，引入海上稀疏信道路径损耗因子k，建模海上无线信道的直射路径无线通信信道衰落函数PL_DP(d)为：

其中，f为电磁波频率，d为直射路径长度，c为光速，G_t、G_r分别为无线通信发射天线增益、接收天线增益，k为海上稀疏信道路径损耗因子；

2-2)根据菲涅尔茨电磁波反射公式，结合直射、镜面反射、漫反射多径传播效应，构建海洋表面反射路径损耗系数ε的求解函数如下：

其中R_H为水平极化波反射系数，R_V为垂直极化波的反射系数，η为海水的相对介电常数，θ为无线电波入射角，h_t、h_r分别为发射天线、接收天线高度，d_SR为镜面反射路径长度，d_DP为直射路径长度，τ为直射路径与反射路径电磁波到达延迟差；

设计Sin²(·)函数拟合因海浪运动导致反射路径阴影衰落波动效应，构建镜面反射无线通信信道衰落函数PL_SR(d)为：

其中l_SR为镜面反射路径损耗系数，h_σ为海浪高度均方根，A为海浪阴影衰落指数，ω为衰落周期；

2-3)以镜面反射的高斯分布构建漫反射路径无线通信信道衰落函数PL_DR(d)为：

其中γ服从高斯分布N(δ，σ²)，σ为漫反射强度离散程度因子，l_DR为漫反射反射路径损耗系数。