ka频段无人机通信系统的下行链路同频干扰表征方法与流程

技术特征：
1.ka频段无人机通信系统的下行链路同频干扰表征方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化无人机飞行高度、偏轴角θ、仰角θ、方位角步骤2：计算无人机天线朝向地面用户的发射功率；步骤3：计算无人机到地面用户点对点路径的自由空间损耗p
fs
；步骤4：计算地面用户与无人机之间的上行链路倾斜路径气体衰减；步骤5：计算接收天线阵列波束成形天线辐射方向图步骤6：计算地面用户到无人机干扰路径上的地物损耗；步骤7：计算统一单位的调整参数a
uavtomobile
；步骤8：计算表征无人机对地面用户干扰水平的干扰噪声比。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，通过如下公式计算无人机天线朝向地面用户的发射功率p
uav
：p
uav
＝19-25logθ。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4包括：气体比衰减γ的表达式如下：γ＝γ
o
γ
w
＝0.1820f(n"
oxygen
(f) n"
watervapour
(f))其中γ
o
和γ
w
分别是干燥空气造成的比衰减和水蒸气造成的比衰减；f为频率，单位为ghz；n"
oxygen
(f)和n"
watervapour
(f)分别是氧气关于频率f的负折射率的虚部和水蒸气关于频率f的负折射率的虚部；地面用户与无人机之间的上行链路倾斜路径气体衰减p
atmosphere
的计算公式为：的计算公式为：其中是高度h处的实际仰角，γ(h)是高度h处的比衰减，r
e
为平均地球半径(取值为6371km)，为高度h1处的视在仰角，n(h)为高度h处的折射率；通过下式关联无人机处的视在仰角与地面用户处的视在仰角将上行链路倾斜路径气体衰减转换到下行链路：径气体衰减转换到下行链路：其中n
e
是地面用户高度的折射率，n
s
是无人机高度的折射率，r
e
是从地球中心到地面用户的半径，其值大于平均地球半径r
e
；r
s
是从地球中心到无人机的半径，其值大于r
e
。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤4中，采用如下公式计算n”oxygen
(f)和n”watervapour
(f)：n”oxygen
(f)＝∑
i(oxygen)
s
i
f
i
n”d
(f)n”watervapour
(f)＝∑
i(watervapour)
s
i
f
i
其中，i(oxygen)表示氧气谱线标号，i(watervapour)表示水汽谱线标号，s
i
为第i条氧气谱线或水蒸气谱线的强度，计算如下：其中p为干空气压强；θ等于300/t，t为温度；a
j
为氧气的谱线数据，b
j
为水蒸气的谱线数据，j＝1,2,...,6；e为水蒸气分压，由给定高度下的水蒸汽密度ρ、温度t计算得到：f
i
为氧气或水蒸气谱线的形状因子，计算如下：其中f
i
是氧气或水蒸气的谱线频率，δf为谱线宽度：谱线宽度δf的计算如下：对于氧气，对于水汽，δ是针对氧气谱线间干扰的校正因子：对于氧气，δ＝(a5 a6θ)
×
10-4
(p e)θ
0.8
，对于水汽，δ＝0，n”d
(f)为气压造成的氮衰减和德拜谱引起的干空气连续吸收谱，计算如下：其中w为德拜谱的宽度参数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用如下公式计算w：w＝5.6
×
10-4
(p e)θ
0.8
。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5包括：计算接收天线阵列中单个元件的水平辐射方向图与垂直辐射方向图与垂直辐射方向图
进而得到单个元件的总体辐射方向图进而得到单个元件的总体辐射方向图其中g
e,max
为元件的峰值增益，a
m
为前后比；最终得到接收天线阵列波束成形天线辐射方向图最终得到接收天线阵列波束成形天线辐射方向图其中：其中：其中v
n,m
为单个阵元在垂直方向上的复加权系数，w
n,m
为单个阵元在水平方向上的复加权系数，λ为工作波长，i为虚数单位，nv，n
h
分别为天线阵列垂直上的元件数量、水平方向上的元件数量，dv，d
h
分别为垂直方向上元件间隔距离、水平方向上元件间隔距离。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤6包括：存在机械下倾角时坐标变换的表达式如下：械下倾角时坐标变换的表达式如下：其中(x,y,z)是直角坐标，是天线本身的球面坐标系，是相对于水平面的坐标系，β为倾斜的角度；地面用户到无人机干扰路径上的地物损耗p
clutter
计算公式为：其中中间参数k1＝93(f
0.175
)，中间参数a1＝0.05，q
–
1(p/100)为逆补正态分布函数，p为位置比分比，且仰角θ为从地面看到的无人机的角度。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤8包括：无人机对地面用户造成的干扰用干扰噪声比来表征：i/n＝p
uav-a
uavtomobile-p
fs-p
atmosphere-p
clutter
g
mobile-n
mobile
其中p
atmosphere
为大气损耗，g
mobile
为地面用户朝向无人机的天线增益，n
mobile
为地面用户处的总噪声。

技术总结
本发明提供了ka频段无人机通信系统的下行链路同频干扰表征方法，包括：构建无人机通信系统干扰模型；其中，地面移动网络与无人机网络在同一区域共存。无人机以恒定高度在大圆路径上飞行，计算无人机天线的最大发射功率。计算地面用户和无人机之间的下行链路倾斜路径气体衰减。基于所述受干扰用户接收天线模型，计算出存在机械下倾角的倾斜天线辐射方向图。基于位置百分比与受干扰用户到无人机的仰角，计算地面用户到无人机干扰路径上的地物损耗。对上述所有损耗模型进行整合，与无人机天线发射功率以及热噪声相加，得到地面用户处接收到的同频干扰水平。本发明可为无人机网络干扰规避、频率兼容性分析等技术研究提供指导意义。义。义。


技术研发人员：王茂霖 吕人力 管祥民 张雨欣 范佳霖
受保护的技术使用者：中国民航管理干部学院
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/3/21