近些年來,無人機在軍事、商業(yè)等領域獲得了廣泛應用。在現代戰(zhàn)爭中,無人機作為空中中繼通信節(jié)點組成無人機中繼網絡,既可以對戰(zhàn)場環(huán)境進行偵查,又可以作為通信中繼使得各作戰(zhàn)單位互通互聯。但是,由于實際環(huán)境的復雜性與無人機自身的移動性、靈活性等因素影響,導致無人機中繼網絡信道的實測難度大,而且通常需要批量生產大量無人機用于部署中繼網絡,導致通信設備測試的成本高、周期長、效率低、機動性差。因此,如何在地面實驗室環(huán)境下對無人機中繼網絡信道傳播特性進行模擬,進而完成無人機中繼系統的仿真測試與性能分析就顯得尤為重要。論文主要研究工作如下:首先,簡述了無線信道基礎理論,對無人機通信信道的常用建模方法進行深入分析,并分別給出了無人機通信信道的確定性模型與統計性模型,同時對衰落信道下接收信號統計特性進行分析。在此基礎上建立了無人機多跳中繼系統級聯信道模型,推導給出了無人機多跳中繼系統的等效傳播損耗預測方法以及級聯衰落概率分布,并由此獲得了該系統中斷概率、平均誤比特率與遍歷信道容量的理論表達式。其次,分析比較了中央處理器(Central Processing Unit,CPU)與圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)的特點及應用領域,詳細介紹了基于諧波疊加(Sum of Sinusoids,SoS)的信道衰落仿真算法,該算法的計算量隨信道衰落精度的提高而急劇增大,因此本文以GPU并行技術與SoS思想為基礎,提出了一種高效的高斯隨機過程產生方法,在此基礎上進一步提出一種多徑陰影復合衰落實時模擬算法,仿真結果表明,與傳統CPU方法相比,該算法產生的多徑陰影復合衰落在保證更高精度的同時,可以極大地縮短了運算時間。最后,基于前述無人機多跳中繼系統級聯信道理論模型及多徑陰影復合衰落實時模擬方法,設計并實現了一個基于GPU的無人機中繼網絡仿真軟件,包括用戶配置界面、中繼信道實時模擬等功能,在此基礎上針對該軟件的各項功能進行了詳細測試,并利用Matlab仿真軟件對該軟件生成的無人機中繼網絡信道數據進行分析,結果表明,無人機中繼網絡仿真軟件可以對無人機中繼網絡信道狀況進行實時模擬,能夠滿足本文的設計要求。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V279;TP391.9;TP332
【部分圖文】：

課題研究背景及意義第一次世界大戰(zhàn)時期，無人機（UnmannedAerial Vehicle，UAV）被嘗試應用于戰(zhàn)爭承擔偵察敵情的任務，但由于當時科技水平的限制，無人機很難出色完成任務，故冷落。隨著無人機工藝的進步，直到 1982 年，以色列再次將無人機投入戰(zhàn)場，首次人機協同作戰(zhàn)，無人機才重新引起軍方重視，并在九十年代以來的幾場局部戰(zhàn)爭中近些年來，無人機被廣泛應用于軍事、商業(yè)等領域。在軍事上，無人機可用于充當執(zhí)行情報搜集、目標搜捕、火炮校正、損傷評估等任務，如 I-蚊蚋-ER、掃描鷹、搜用上，無人機主要用于影視制作、農業(yè)植保、線路巡檢、檢災救災、資源遙感、攝影防火和物流等領域。無人機與傳統的有人機相比具有很多優(yōu)勢：1）操作人員位于地人員安全的同時，使其具有更好的機動性與更長的滯空時間；2）不需要駕駛艙與救生無人機重量輕、成本低、生存能力強；3）操作簡單、維護方便，后期保養(yǎng)成本低。人工智能技術的發(fā)展，將人工智能應用于無人機領域以實現無人機的單機智能飛行協同、任務自主智能，成為了各國學者研究的熱點。可以預見，在未來幾年里，無、商業(yè)等領域將發(fā)揮更加重要的作用。

配置幾何參數配置信道參數配置系統參數計算最大多普勒頻率計算中繼鏈路長度獲取中繼信道參數計算GPU線程布局計算等效傳播損耗保存信道衰落文件配置并啟動GPU產生高斯隨機過程產生陰影衰落產生多徑衰落產生多徑陰影復合衰落產生中繼信道衰落圖 5.3 軟件流程圖根據軟件的運行流程，設計軟件界面如圖 5.4 所示。從圖中可以看到，軟件界面可劃分為三部分：①菜單欄與工具欄；②參數設置單元；③狀態(tài)欄。為便于用戶操作，該軟件將信道參數、幾何參數與系統參數按照物理意義進行拆分并集成到同一界面的不同模塊，因此，該軟件具有集成度高、操作簡單、表意明確等優(yōu)點。

“結果覆蓋”、“開始仿真”與“停止仿真選項 (b) 選項 (d) 圖 5.5 菜單欄選項下拉菜單單元，主要包含地面收發(fā)站、中繼節(jié)點節(jié)點的相對位置、移動速度、天線增益點的相對位置以地面發(fā)射站作為參考原戶還需要對通信環(huán)境、載波頻率與信道洋與自定義，用戶可以通過選擇自定義
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本文編號：2844949