買專利賣專利找龍圖騰，真高效！ 查專利查商標(biāo)用IPTOP,全免費(fèi)！專利年費(fèi)監(jiān)控用IP管家,真方便！

龍圖騰網(wǎng)獲悉中國人民解放軍空軍工程大學(xué)申請(qǐng)的專利一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光/射頻航空通信方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán)，本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予，授權(quán)公告號(hào)為：CN119582946B 。

龍圖騰網(wǎng)通過國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-08-29發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉：該發(fā)明授權(quán)的專利申請(qǐng)?zhí)?專利號(hào)為：202411687300.1，技術(shù)領(lǐng)域涉及：H04B10/11；該發(fā)明授權(quán)一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光/射頻航空通信方法是由張曦文;王淵;黃仰超;胡航;謝鐵城;韓海艷設(shè)計(jì)研發(fā)完成，并于2024-11-25向國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請(qǐng)。

本一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光/射頻航空通信方法在說明書摘要公布了：本發(fā)明提出一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光射頻航空通信方法，包括下列步驟：系統(tǒng)模型構(gòu)建及傳輸信號(hào)分析；中繼方案選擇；信道建模；評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建。本發(fā)明采用一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼航空通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用激光射頻混合鏈路將空中預(yù)警機(jī)與移動(dòng)地面站連接起來。本發(fā)明能夠有效提升移動(dòng)場景下空?地激光鏈路的可靠性與可用性。

本發(fā)明授權(quán)一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光/射頻航空通信方法在權(quán)利要求書中公布了：1.一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光射頻航空通信方法，其特征在于，具體步驟如下： 步驟一、系統(tǒng)模型構(gòu)建及傳輸信號(hào)分析； 基于移動(dòng)平臺(tái)的多無人機(jī)中繼激光射頻航空通信系統(tǒng)包括：預(yù)警機(jī)作為信息傳輸?shù)脑垂?jié)點(diǎn)，用S表示；移動(dòng)地面站作為目的節(jié)點(diǎn)，用D表示；N個(gè)并行的無人機(jī)中繼，用Ri,i＝1,2,…N表示，N為無人機(jī)中繼數(shù)量；無人機(jī)將鏈路分為兩跳；第一跳為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼i鏈路，記為SRi；第二跳為無人機(jī)中繼i-地面站鏈路，記為RiD；復(fù)雜大氣條件下，系統(tǒng)采用激光射頻混合傳輸方案，其中激光鏈路作為主鏈路，當(dāng)激光鏈路無法滿足信噪比要求時(shí)，激活射頻備份鏈路；假設(shè)預(yù)警機(jī)保持恒定的巡航高度HAWACS，所有無人機(jī)具有相同的高度HUAV和仰角ξUAV，地面站的仰角為ξGS； 1激光鏈路 激光鏈路在無人機(jī)中繼i處的瞬時(shí)接收信噪比表示為： 式中，為源節(jié)點(diǎn)到中繼激光鏈路的平均信噪比，為源節(jié)點(diǎn)的平均傳輸光功率，η為探測器響應(yīng)，為第一跳的信道系數(shù)，為加性高斯白噪聲信號(hào)的方差； 無人機(jī)中繼i采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)模式，使得目的節(jié)點(diǎn)的瞬時(shí)接收信噪比表示為： 式中，為中繼的平均傳輸光功率，表示第二跳信道系數(shù)，為中繼到目的節(jié)點(diǎn)激光鏈路的平均信噪比； 2射頻鏈路 使用射頻鏈路傳輸時(shí)，無人機(jī)中繼i處的瞬時(shí)接收信噪比表示為： 其中，為源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)射頻鏈路的平均信噪比，為源節(jié)點(diǎn)發(fā)射的射頻功率；第一跳的射頻信道系數(shù)為，表示第一跳的路徑損耗，為高斯白噪聲信號(hào)的方差；中繼節(jié)點(diǎn)i到目的節(jié)點(diǎn)射頻鏈路的瞬時(shí)信噪比表達(dá)式為： 式中，為中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)射頻鏈路的平均信噪比，為中繼的平均射頻信號(hào)發(fā)射功率，和分別表示第二跳的信道系數(shù)和路徑損耗； 步驟二、中繼方案選擇； 預(yù)警機(jī)根據(jù)系統(tǒng)中信道狀態(tài)反饋信道的反饋信息在多架無人機(jī)節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)能夠提供最佳信道質(zhì)量的節(jié)點(diǎn)作為中繼；四種不同的中繼選擇模式分別為：端到端選擇方案、源-中繼選擇方案、中繼-目的選擇方案和分布式雙中繼選擇方案； 1端到端選擇方案 根據(jù)SRi和RiD兩跳鏈路的信道狀態(tài)反饋信道反饋的信噪比值進(jìn)行最佳中繼選擇；第i條鏈路的端到端信噪比為 為第i條鏈路第一跳信噪比，為第i條鏈路第二跳信噪比；最佳中繼I1為使得端到端信噪比達(dá)到最大值的中繼，表示為： 式中，I1∈{1,2…，N}表示方案1中的最佳中繼，這種方案在SRi和RiD兩跳鏈路中都需要反饋信道；該方案系統(tǒng)高度復(fù)雜； 2源-中繼選擇方案 中繼選擇基于第一跳SRi的信道質(zhì)量，選擇第一跳信噪比最高的無人機(jī)中繼節(jié)點(diǎn)作為中繼，此時(shí)最佳中繼I2為使得源到中繼節(jié)點(diǎn)信噪比達(dá)到最大值的中繼，表示為： 其中，I2∈{1,2…，N}為方案2的最佳中繼，所選中繼I2用于第二跳通信；方案2只有第一跳需要反饋通道； 3中繼-目的選擇方案 該方案基于第二跳RiD的信道質(zhì)量進(jìn)行中繼選擇，選擇第二跳信噪比最高的無人機(jī)節(jié)點(diǎn)作為中繼，此時(shí)最佳中繼I3為使得中繼節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)信噪比達(dá)到最大值的中繼，表示為： 其中，I3∈{1,2…，N}為方案3中的最佳中繼，第一跳采用所選中繼I3通信；該方案只有第二跳需要反饋通道； 4分布式雙中繼選擇方案 中繼節(jié)點(diǎn)被分為Na和Nb兩部分且Na+Nb＝N；源節(jié)點(diǎn)和Na個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具有反饋信道，目的節(jié)點(diǎn)和Nb個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具有反饋信道；根據(jù)接收到的反饋信息，源節(jié)點(diǎn)在Na個(gè)中繼之間選擇一個(gè)瞬時(shí)信噪比最高的中繼；目的節(jié)點(diǎn)在Nb個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)之間選擇一個(gè)瞬時(shí)信噪比最高中繼，表示為： 其中Ia∈{1,2…，Na}為源節(jié)點(diǎn)選出的中的最佳中繼，Ib∈{1,2…，Nb}為目的節(jié)點(diǎn)選出的中的最佳中繼；在信號(hào)傳輸過程中，選中的兩個(gè)中繼同時(shí)被激活，兩條鏈路協(xié)同傳輸信息，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后再采用選擇組合技術(shù)進(jìn)行信號(hào)接收；該方案不需要端到端的反饋鏈路，反饋信道個(gè)數(shù)明顯減小； 步驟三、信道建模； 對(duì)每一跳傳輸?shù)男诺肋M(jìn)行模型構(gòu)建，包括基于激光傳輸?shù)念A(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼和無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站信道模型構(gòu)建、基于射頻傳輸?shù)念A(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼和無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站信道模型構(gòu)建，下標(biāo)j∈{SRi,RiD}分別表示從預(yù)警機(jī)到無人機(jī)中繼和從無人機(jī)中繼到移動(dòng)地面站的鏈路； i激光信道 從預(yù)警機(jī)到無人機(jī)中繼和從無人機(jī)中繼到移動(dòng)地面站的兩跳發(fā)生在對(duì)流層內(nèi)，因此，合理地假設(shè)這兩跳受到相同的大氣條件的影響； a大氣衰減 大氣衰減由于大氣中粒子的散射和吸收，光束的傳播受到功率損失的影響，大氣衰減表示為： 其中，和分別為SRi和RiD鏈路的距離；ω為大氣衰減系數(shù)； b大氣湍流 弱到強(qiáng)湍流的模型用Gamma-Gamma分布來表征，大氣湍流的概率密度函數(shù)表示為： 其中，Γ·是Gamma函數(shù)，Kv·是第二類修正貝塞爾函數(shù)，下角標(biāo)v代表αj-βj；αj表示大尺度衰落參數(shù)，βj表示小尺度衰落參數(shù)；Γαj、Γβj分別表示αj和βj對(duì)應(yīng)的Gamma函數(shù)值；中，整體是的系數(shù)； c指向誤差 預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼鏈路： 從無人機(jī)探測器中心到無人機(jī)接收器孔徑處波束足跡中心的組合徑向位移矢量表示為其中rS＝[xs,ys]為預(yù)警機(jī)的位移矢量，xs,ys分別為rS在x軸和y軸上的矢量分量；rR＝[xR,yR]為無人機(jī)的位移矢量，xR,yR分別為rR在x軸和y軸上的矢量分量；這種由大量隨機(jī)事件引起的波動(dòng)服從正態(tài)分布，組合徑向位移矢量在x軸上的分量服從均值為0，方差為的正態(tài)分布，表示為組合徑向位移矢量在y軸上的分量服從均值為0，方差為的正態(tài)分布，表示為預(yù)警機(jī)的位置偏差是由其速度的突然變化引起的，這一速度變化記為預(yù)警機(jī)在x軸和y軸上的速度變化分量vSx和vSy服從均值為零的正態(tài)分布 為預(yù)警機(jī)的速度方差；假設(shè)在很短的時(shí)間間隔Δt內(nèi)預(yù)警機(jī)的速度變化不大，則位移距離表示為xS＝vSxΔt2和yS＝vSyΔt2；rR＝[xR,yR]在x軸和y軸上的位置波動(dòng)分量xR和yR分別服從均值為零，方差為的正態(tài)分布和均值為零，方差為的正態(tài)分布組合徑向位移在x軸和y軸上的位移矢量的方差和表示為： 無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站鏈路： 從移動(dòng)地面站探測器中心到地面站上接收機(jī)孔徑處波束足跡中心的組合徑向位移矢量表示為其中組合徑向位移在x軸上的位移矢量服從均值為0，方差為的正態(tài)分布，表示為組合徑向位移在y軸上的位移矢量yRiD服從均值為0，方差為的正態(tài)分布，表示為rθ＝[xθx,xθy]為懸停無人機(jī)方向波動(dòng)引起的位移矢量，假設(shè)無人機(jī)在x軸上的抖動(dòng)角θx和y軸上的抖動(dòng)角θy足夠小，則在x軸上的位移矢量y軸上的位移矢量其中LRD為發(fā)射距離，x軸和y軸上的抖動(dòng)角均服從均值為0，方差為的正態(tài)分布，表示為rD＝[xD,yD]為移動(dòng)地面站的位移矢量，xD,yD分別為rD在x軸和y軸上的矢量分量；具有非定常速度的移動(dòng)地面站的位置偏差是由其速度的突然變化引起的，速度變化記為vD＝[vDx,vDy]，其在x軸和y軸上的速度變化分量vDx和vDy服從正態(tài)分布 為地面站的速度方差，Δt內(nèi)在x軸和y軸上的位移距離表示為xD＝vDxΔt2和yD＝vDyΔt2；因此，組合徑向位移在x軸和y軸上的位移矢量的方差和表示為： 指向誤差的概率密度函數(shù)表示為： 式中，A0,j＝[erfvj]2為光斑中心與探測器中心差為零時(shí)采集到的光功率的分?jǐn)?shù)，erf·為誤差函數(shù)，為距離Lj處的孔徑半徑a與波束寬度ωz,j之比；指向誤差系數(shù)其中為等效波束寬度；為修正抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差，第一跳j＝SRi，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼鏈路的修正抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差；第二跳j＝RiD，為無人機(jī)-移動(dòng)地面站鏈路的修正抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差； d到達(dá)角抖動(dòng) 當(dāng)入射激光以一定入射角θa,j到達(dá)接收平面時(shí)，由于方向上的明顯偏差，艾里圖樣可能超出探測器的探測范圍；到達(dá)角抖動(dòng)的概率密度函數(shù)表示為： 其中，為無人機(jī)抖動(dòng)角方差，θFoV,j為接收端的視場角，δ·為狄拉克函數(shù)； e多普勒效應(yīng) 移動(dòng)地面站與無人機(jī)中繼之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站鏈路之間的多普勒頻移，表示為Δf＝vfFSOcosξGSc，其中v為無人機(jī)與移動(dòng)地面站之間的相對(duì)速度，fFSO為光載頻，c是光的速度；無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站鏈路能夠忽略多普勒效應(yīng)的影響； f整體信道統(tǒng)計(jì)特征 激光傳輸信道的系數(shù)分別由于大氣衰減、大氣湍流、在指向誤差和到達(dá)到角抖動(dòng)構(gòu)成；組合信道系數(shù)表示為： 組合信道系數(shù)hj的概率密度函數(shù)表示為： 式中，衰減、湍流、指向誤差組合信道系數(shù) 為的概率密度函數(shù)，根據(jù)式9、10、15、16，并將式17代入式18中，進(jìn)行積分運(yùn)算得到： 其中，為Meijer-G函數(shù)，m、n、p、q為表征變量個(gè)數(shù)的非負(fù)整數(shù)； 結(jié)合式1和2中信道系數(shù)與信噪比的關(guān)系，并由hj的概率密度函數(shù)積分得到預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼激光鏈路和無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)為： 其中，為激光鏈路信噪比門限；為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼光鏈路和無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站光鏈路信噪比的概率密度函數(shù)； ii射頻信道 射頻信道系數(shù)Ij,j∈{SRi,RiD}用Nakagami-m分布來建模，其概率密度函數(shù)為： 其中，m為Nakagami-m分布的射頻衰落因子，為射頻平均信噪比；Γm表示m對(duì)應(yīng)的Gamma函數(shù)值；結(jié)合式3和4中信道系數(shù)與信噪比的關(guān)系，積分得預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼射頻鏈路和無人機(jī)中繼-移動(dòng)地面站射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)為： 其中，Γα,x為不完全伽馬函數(shù)，在式22中參數(shù)α＝m，參數(shù)Gj為路徑損失，為射頻鏈路信噪比門限； 步驟四、評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建： 構(gòu)建中斷概率和誤碼率雙重評(píng)價(jià)指標(biāo)； I.中斷概率 中斷概率定義為信噪比低于某一閾值導(dǎo)致鏈路無法傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)發(fā)生的概率，中斷概率表示為： Pout＝PrγSD＜γth＝FγSDγth23 式中，Pr·表示概率，γSD表示系統(tǒng)端到端信噪比，γth為信噪比門限，F(xiàn)γSDγth表示γSD的累積分布函數(shù)； A端到端選擇方案中斷概率 在方案1中，無人機(jī)中繼i進(jìn)行中繼的鏈路為第i條鏈路；第i條鏈路端到端鏈路的瞬時(shí)信噪比為第i條鏈路第一跳信噪比與第i條鏈路第二跳信噪比γRiD的最小值，表示為根據(jù)式5知，選擇端到端信噪比質(zhì)量最好的無人機(jī)I1作為中繼，此時(shí)得到方案1的最大端到端瞬時(shí)信噪比為： 因此，方案1的中斷概率表示為： 式中，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼i激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼i射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為無人機(jī)中繼i-移動(dòng)地面站激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為無人機(jī)中繼i-移動(dòng)地面站射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)；將式20和式22代入式25，得到方案1的中斷概率； B源-中繼選擇方案中斷概率 方案2中根據(jù)第一跳信噪比選擇出最佳中繼i＝I2，如式6所示；方案2預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I2鏈路間瞬時(shí)信噪比為： 方案2無人機(jī)中繼I2-移動(dòng)地面站鏈路的信噪比為無人機(jī)中繼I2到移動(dòng)地面站激光鏈路信噪比與無人機(jī)中繼I2到移動(dòng)地面站射頻鏈路信噪比的最大值，其表達(dá)式為： 方案2的端到端瞬時(shí)信噪比為： 其中，為i＝I2時(shí)的值； 方案2的中斷概率為： 其中，為無人機(jī)中繼I2-移動(dòng)地面站激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為無人機(jī)中繼I2-移動(dòng)地面站射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)；將式20和式22代入式29，計(jì)算出方案2的中斷概率； C中繼-目的選擇方案中斷概率 方案3根據(jù)第二跳信噪比選擇出最佳中繼i＝I3，如式7所示，方案3預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I3鏈路的瞬時(shí)信噪比為： 式中，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I3激光鏈路的瞬時(shí)信噪比，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I3射頻鏈路的瞬時(shí)信噪比；無人機(jī)中繼I3-移動(dòng)地面站鏈路的信噪比為： 則方案3的端到端瞬時(shí)信噪比為： 因此，方案3的中斷概率表示為： 其中，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I3激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼I3射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)；將式20和式22代入式33，計(jì)算出方案3的中斷概率； D分布式雙中繼選擇方案中斷概率 在方案4中，信號(hào)通過中繼i＝Ia傳輸?shù)姆Q為路徑1，采用無人機(jī)中繼Ia進(jìn)行中繼的鏈路的信噪比為： 其中，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ia的瞬時(shí)信噪比，為無人機(jī)中繼Ia-移動(dòng)地面站的瞬時(shí)信噪比，為無人機(jī)中繼Ia-移動(dòng)地面站激光鏈路的瞬時(shí)信噪比，為無人機(jī)中繼Ia-移動(dòng)地面站射頻鏈路的瞬時(shí)信噪比； 信號(hào)通過中繼i＝Ib傳輸?shù)姆Q為路徑2，采用無人機(jī)中繼Ib進(jìn)行中繼的鏈路的信噪比表示為： 其中，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ib的瞬時(shí)信噪比，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ib激光鏈路的瞬時(shí)信噪比，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ib射頻鏈路的瞬時(shí)信噪比，為無人機(jī)中繼Ib-移動(dòng)地面站的瞬時(shí)信噪比； 兩路信號(hào)到達(dá)移動(dòng)地面站，接收端采用選擇合并技術(shù)，則方案4的端到端瞬時(shí)信噪比為： 因此，方案4的中斷概率表達(dá)式為： 其中，為無人機(jī)中繼Ia-移動(dòng)地面站激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為無人機(jī)中繼Ia-移動(dòng)地面站S射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ib激光鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，為預(yù)警機(jī)-無人機(jī)中繼Ib射頻鏈路信噪比的累積分布函數(shù)，將式20和式22代入式37，計(jì)算出方案4的中斷概率； II.平均誤碼率 激光鏈路的平均誤碼率為： 射頻鏈路平均誤碼率的封閉表達(dá)式為： 其中，表示射頻信噪比的m-1次方；當(dāng)采用二進(jìn)制調(diào)制時(shí)系數(shù)A＝1，系數(shù)B＝1；當(dāng)采用多進(jìn)制調(diào)制時(shí)系數(shù)A＝2log2M，系數(shù)B＝sinπM； 并行激光射頻鏈路的平均誤碼率為： 其中，為使用激光鏈路傳輸信息的概率，為使用射頻鏈路的概率，鏈路選擇概率可表示為： 在并聯(lián)無人機(jī)中繼系統(tǒng)中，當(dāng)各路徑狀態(tài)獨(dú)立分布時(shí)，系統(tǒng)第一跳和第二跳的平均誤碼率BSR和BRD，等于單路徑的平均誤碼率，表示為和 和分別為第一跳單條路徑和第二跳單條路徑的平均誤碼率；在這種情況下，四種中繼模式的平均誤碼率相同，將該系統(tǒng)看作是帶有解碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼的串行雙跳系統(tǒng)，其端到端平均誤碼率表示為： 將式38、39、40、41帶入42中可以得到系統(tǒng)的端到端平均誤碼率。

如需購買、轉(zhuǎn)讓、實(shí)施、許可或投資類似專利技術(shù)，可聯(lián)系本專利的申請(qǐng)人或?qū)＠麢?quán)人中國人民解放軍空軍工程大學(xué)，其通訊地址為：710051 陜西省西安市灞橋區(qū)長樂東路甲字1號(hào)；或者聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)官方客服，聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)可撥打電話0551-65771310或微信搜索“龍圖騰網(wǎng)”。