高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于Watterson模型的短波航空移动信道建模与仿真

李国军 马欢 叶昌荣 罗一平

李国军, 马欢, 叶昌荣, 罗一平. 基于Watterson模型的短波航空移动信道建模与仿真[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(1): 332-338. doi: 10.11999/JEIT200890
引用本文: 李国军, 马欢, 叶昌荣, 罗一平. 基于Watterson模型的短波航空移动信道建模与仿真[J]. 电子与信息学报, 2022, 44(1): 332-338. doi: 10.11999/JEIT200890
LI Guojun, MA Huan, YE Changrong, LUO Yiping. Modeling and Simulation of HF Aeronautical Mobile Channel Based on Watterson Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(1): 332-338. doi: 10.11999/JEIT200890
Citation: LI Guojun, MA Huan, YE Changrong, LUO Yiping. Modeling and Simulation of HF Aeronautical Mobile Channel Based on Watterson Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2022, 44(1): 332-338. doi: 10.11999/JEIT200890

基于Watterson模型的短波航空移动信道建模与仿真

doi: 10.11999/JEIT200890
基金项目: 国家重点研发计划(2019YFC1511300),国家自然科学基金(61671452)
详细信息
    作者简介:

    李国军:男,1978年生,教授,研究方向为复杂恶劣环境超视距无线通信与网络

    马欢:男,1993年生,硕士生,研究方向为短波信道建模与仿真

    叶昌荣:男,1989年生,讲师,研究方向为信号处理

    罗一平:男,1996年生,硕士生,研究方向为信道分配

    通讯作者:

    叶昌荣 yecr@cqupt.edu.cn

  • 中图分类号: TN921

Modeling and Simulation of HF Aeronautical Mobile Channel Based on Watterson Model

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2019YFC1511300), The National Natural Science Foundation of China (61671452)
  • 摘要: 信道建模与仿真是短波航空通信系统性能分析评估的基础,该文通过分析研究飞行器最大移动速度、加速度、机动频率、运动轨迹等机动状态参数对短波航空移动信道时变多普勒频移的影响,提出一种基于Watterson模型的短波航空移动信道模型。该模型能够充分描述由收发两端相对运动引入的信道多普勒频移与扩展,适用于短波超视距航空移动通信信道。仿真结果表明,该模型能够实现对不同种类不同机动状态飞行器短波移动通信信道的差异化仿真,还能在已知航线航迹时,实现对特定场景下的定制化信道仿真。
  • 图  1  Watterson短波信道模型

    图  2  飞行轨迹示意图

    图  3  飞行器速度上限变化

    图  4  短波航空移动信道模型的实现框图

    图  5  时变多普勒频移的实现框图

    图  6  随机生成航空飞行器的飞行速度

    图  7  短波航空移动信道的冲激响应

    图  8  3个典型场景下短波航空移动信道频谱图

    图  9  不同运动状态下单路径Watterson模型与航空移动信道模型频谱对比

    表  1  3种典型场景下参数参考值

    机动频率等级典型应用场景机动频率参考值(Hz)飞行状态持续时间(s)
    民用航空0.01≥200
    私人飞机等0.110~20
    无人载具等1≤1
    下载: 导出CSV

    表  2  飞行器的飞行航线轨迹确定时运动参数

    时间(s)运动方式初速度(m/s)加速度(m/s2)
    0~5匀加速直线050
    5~10匀速圆周(R=1000 m)250大小V2/R 方向时变
    10~15匀速直线2500
    下载: 导出CSV
  • [1] 李国军, 徐小飞, 叶昌荣, 等. 面向远海岛礁环境监测的天波超视距传输技术[J]. 物联网学报, 2018, 2(3): 61–70. doi: 10.11959/j.issn.2096-3750.2018.00065

    LI Guojun, XU Xiaofei, YE Changrong, et al. A transmission technology of environmental monitoring for ocean based on over-the-horizon skywave[J]. Chinese Journal on Internet of Things, 2018, 2(3): 61–70. doi: 10.11959/j.issn.2096-3750.2018.00065
    [2] LI Wen, RUAN Lang, XU Yifan, et al. Exploring channel diversity in HF communication systems: A matching-potential game approach[J]. China Communications, 2018, 15(9): 60–72. doi: 10.1109/CC.2018.8456452
    [3] 吴永宏, 王程林, 任渊博, 等. 基于电离层色散的短波信道多径特性分析[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(8): 2006–2012. doi: 10.11999/JEIT190384

    WU Yonghong, WANG Chenglin, REN Yuanbo, et al. High frequency channel multipath analysis based on ionosphere dispersion[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(8): 2006–2012. doi: 10.11999/JEIT190384
    [4] WATTERSON C C, JUROSHEK J R, and BENSEMA W D. Experimental confirmation of an HF channel model[J]. IEEE Transactions on Communication Technology, 1970, 18(6): 792–803. doi: 10.1109/TCOM.1970.1090438
    [5] METELEV S A. Modification of the Watterson model of the ionospheric HF radio communication channel for adaptive spaced reception[J]. Radiophysics and Quantum Electronics, 2012, 55(4): 241–252. doi: 10.1007/s11141-012-9363-3
    [6] VOGLER L E and HOFFMEYER J A. A model for wideband HF propagation channels[J]. Radio Science, 1993, 28(6): 1131–1142. doi: 10.1029/93RS01607
    [7] YAN Zhaowen, ZHANG Lanlan, RAHMAN T, et al. Prediction of the HF ionospheric channel stability based on the modified ITS model[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2013, 61(6): 3321–3333. doi: 10.1109/TAP.2013.2249571
    [8] HAAS E. Aeronautical channel modeling[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2002, 51(2): 254–264. doi: 10.1109/25.994803
    [9] MATOLAK D W and SUN Ruoyu. Air-ground channel characterization for unmanned aircraft systems-Part I: Methods, measurements, and models for over-water settings[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2017, 66(1): 26–44. doi: 10.1109/TVT.2016.2530306
    [10] YAN Chaoxing, FU Lingang, ZHANG Jiankang, et al. A comprehensive survey on UAV communication channel modeling[J]. IEEE Access, 2019, 7: 107769–107792. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2933173
    [11] 王峥. 短波移动信道的仿真模型分析[J]. 南京邮电大学学报, 2005, 25(5): 31–34. doi: 10.3969/j.issn.1673-5439.2005.05.007

    WANG Zheng. Analysis on the simulation model of the HF mobile channel[J]. Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications, 2005, 25(5): 31–34. doi: 10.3969/j.issn.1673-5439.2005.05.007
    [12] 孔豫京, 黄焱, 薛志刚, 等. 无人机短波频谱监测信道的改进ITS模型[J]. 信息工程大学学报, 2015, 16(6): 731–737. doi: 10.3969/j.issn.1671-0673.2015.06.017

    KONG Yujing, HUANG Yan, XUE Zhigang, et al. Improved ITS model of unmanned aircraft HF spectrum monitoring channel[J]. Journal of Information Engineering University, 2015, 16(6): 731–737. doi: 10.3969/j.issn.1671-0673.2015.06.017
    [13] 仲伟志, 郭庆. 基于高动态运动模型的多普勒频移仿真[J]. 计算机工程, 2010, 36(20): 22–24. doi: 10.3969/j.issn.1000-3428.2010.20.008

    ZHONG Weizhi and GUO Qing. Doppler frequency shift simulation based on high dynamic motion model[J]. Computer Engineering, 2010, 36(20): 22–24. doi: 10.3969/j.issn.1000-3428.2010.20.008
    [14] DATTA D, MITRA P, and DUTTA H S. FPGA implementation of high performance digital down converter for software defined radio[J]. Microsystem Technologies, To be published. doi: 10.1007/s00542-019-04579-w.
    [15] 钱广华, 李颖, 骆荣剑. 机动目标跟踪中一种机动频率和方差自适应滤波算法[J]. 雷达学报, 2013, 2(2): 257–264. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13003

    QIAN Guanghua, LI Ying, and LUO Rongjian. One maneuvering frequency and the variance adaptive filtering algorithm for maneuvering target tracking[J]. Journal of Radars, 2013, 2(2): 257–264. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13003
    [16] ITU. ITU-R F. 1487 FRENCH-2000 Testing of HF modems with bandwidths of up to about 12 kHz using ionospheric channel simulators[S]. Geneva, Switzerland: International Telecommunications Union, 2000.
  • 加载中
图(9) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  1109
  • HTML全文浏览量:  1055
  • PDF下载量:  111
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-16
  • 修回日期:  2021-09-16
  • 网络出版日期:  2021-10-27
  • 刊出日期:  2022-01-10

目录

    /

    返回文章
    返回