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UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究

汤新民 汤盛家 文旌宇 顾俊伟

汤新民, 汤盛家, 文旌宇, 顾俊伟. UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250251
引用本文: 汤新民, 汤盛家, 文旌宇, 顾俊伟. UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT250251
TANG Xinmin, TANG Shengjia, WEN Jingyu, GU Junwei. Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250251
Citation: TANG Xinmin, TANG Shengjia, WEN Jingyu, GU Junwei. Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT250251

UAT2数据链状态位图时隙分配与监视性能研究

doi: 10.11999/JEIT250251 cstr: 32379.14.JEIT250251
基金项目: 国家自然科学基金(52072174), 高端外国专家引进计划(G2023202003L), 天津市科技计划项目(24JCZDJC00090)
详细信息
    作者简介:

    汤新民:男,教授,研究方向为智能网联交通控制工程、空地协同航空监视、先进场面引导与控制、无人机自主感知与避让

    汤盛家:男,硕士生,研究方向为无人机通信链路

    文旌宇:男,硕士生,研究方向为空管智能化技术

    顾俊伟:男,博士生,研究方向为先进场面活动引导与控制系统

    通讯作者:

    汤新民 tangxinmin@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V355.1; TN919

Study on Time Slot Allocation and Monitoring Performance of UAT2 Data Link Status Bitmap

Funds: The National Natural Science Foundation of China (52072174), The High-level Foreign Expert Introduction Program(G2023202003L), Tianjin Science and Technology Plan Project (24JCZDJC00090)
  • 摘要: 随着城市空中交通(UAM)概念的提出,为应对可预见的未来该场景下飞行器数量激增,迫切需要研究第2代通用接入收发器(UAT2)数据链的时隙分配算法以获得更大的监视容量。该文以UAT2数据链为研究对象,围绕下行报文的时隙分配管理,分析原始时隙分配算法及局限性。根据报文特性,提出基于状态位图并引入随机漂移机制的改进时隙分配算法。此外,研究提出3种时隙数目扩充传输方案并建立监视容量计算模型,最后对各传输方案在不同时隙分配情况下的性能表现进行仿真分析。结果表明所提优化时隙分配算法在各传输方案达到最大监视容量时,较原始算法报文时隙碰撞概率减小16.14%,时隙使用率提升16.13%,较固定时间窗实时动态时隙分配算法报文时隙碰撞概率减小9.36%,时隙使用率提高10.48%,使得监视容量均有显著提升。
  • 图  1  UAT帧结构图

    图  2  随机算法下飞行器数量与时隙碰撞概率关系曲线

    图  3  基于状态位图的时隙分配算法工作原理示意

    图  4  隐藏站示意图

    图  5  基于状态位图的时隙分配算法仿真流程

    图  6  未扩容时隙分配仿真结果

    图  7  载波频差/调制指数恒定方案时隙分配仿真结果

    图  9  8CPFSK方案时隙分配仿真结果

    图  8  4CPFSK方案时隙分配仿真结果

    图  10  各算法用时对比图

    图  11  各时隙扩充方案误码性能仿真图

    图  12  各传输方案在不同时隙利用情况下的监视容量值

    表  1  3种时隙数量扩充方案参数

    方案MCPFSK扩充调制指数恒定载波频差恒定
    原理将码元信号增大为M进制,
    携带更多信息
    调制指数不变的情况下适当
    增加调制速率
    载波频差不变的情况下
    适当增加调制速率
    消息速率(Mbps)2.08(M=4)/ 3.125(M=8)1.251.25
    时隙大小(μs)140(4)/90(8)230230
    时隙总数5714(4)/8880(8)34783478
    下载: 导出CSV

    表  2  各扩充方案等效时隙数量

    方案4CPFSK8CPFSK调制指数恒定载波频差恒定
    “等效时隙”数3170493019301930
    下载: 导出CSV

    表  3  各方案在两种算法下的监视容量和时隙利用情况

    方案 理想监视
    容量值
    基于位置的伪随机原始
    时隙分配算法
    基于固定时间窗和实时
    动态时隙分配算法
    基于状态位图的优化
    时隙分配算法
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视
    容量
    时隙使用
    率(%)
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视容量 时隙使用
    率(%)
    时隙碰撞
    概率(%)
    监视容量 时隙使用
    率(%)
    原始传输方案 1639 35.75 1053 61.88 29.77 1151 67.52 18.97 1328 78.00
    调制指数恒定方案
    (Rb=1.25 Mbps)
    1916 36.53 1216 62.95 29.80 1345 68.59 20.35 1526 79.07
    载波频差恒定方案(h=0.5) 1917 36.57 1216 62.95 29.84 1345 68.59 20.34 1527 79.07
    4CPFSK扩充方案 3168 36.80 2002 63.22 30.02 2217 68.86 20.61 2515 79.34
    8CPFSK扩充方案 4937 36.88 3116 63.24 30.10 3451 68.89 20.74 3913 79.37
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-04-09
  • 修回日期:  2025-07-30
  • 网络出版日期:  2025-08-27

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