近些年來,無人機在軍事、商業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)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(wǎng)絡(luò),既可以對戰(zhàn)場環(huán)境進(jìn)行偵查,又可以作為通信中繼使得各作戰(zhàn)單位互通互聯(lián)。但是,由于實際環(huán)境的復(fù)雜性與無人機自身的移動性、靈活性等因素影響,導(dǎo)致無人機中繼網(wǎng)絡(luò)信道的實測難度大,而且通常需要批量生產(chǎn)大量無人機用于部署中繼網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致通信設(shè)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(wǎng)絡(luò)信道傳播特性進(jìn)行模擬,進(jìn)而完成無人機中繼系統(tǒng)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(chǔ)理論,對無人機通信信道的常用建模方法進(jìn)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(tǒng)計性模型,同時對衰落信道下接收信號統(tǒng)計特性進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上建立了無人機多跳中繼系統(tǒng)級聯(lián)信道模型,推導(dǎo)給出了無人機多跳中繼系統(tǒng)的等效傳播損耗預(yù)測方法以及級聯(lián)衰落概率分布,并由此獲得了該系統(tǒng)中斷概率、平均誤比特率與遍歷信道容量的理論表達(dá)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(yīng)用領(lǐng)域,詳細(xì)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(shù)與SoS思想為基礎(chǔ),提出了一種高效的高斯隨機過程產(chǎn)生方法,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出一種多徑陰影復(fù)合衰落實時模擬算法,仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)CPU方法相比,該算法產(chǎn)生的多徑陰影復(fù)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(tǒng)級聯(lián)信道理論模型及多徑陰影復(fù)合衰落實時模擬方法,設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于GPU的無人機中繼網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)上針對該軟件的各項功能進(jìn)行了詳細(xì)測試,并利用Matlab仿真軟件對該軟件生成的無人機中繼網(wǎng)絡(luò)信道數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果表明,無人機中繼網(wǎng)絡(luò)仿真軟件可以對無人機中繼網(wǎng)絡(luò)信道狀況進(jìn)行實時模擬,能夠滿足本文的設(shè)計要求。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(yīng)用于戰(zhàn)爭承擔(dān)偵察敵情的任務(wù)，但由于當(dāng)時科技水平的限制，無人機很難出色完成任務(wù)，故冷落。隨著無人機工藝的進(jìn)步，直到 1982 年，以色列再次將無人機投入戰(zhàn)場，首次人機協(xié)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(yīng)用于軍事、商業(yè)等領(lǐng)域。在軍事上，無人機可用于充當(dāng)執(zhí)行情報搜集、目標(biāo)搜捕、火炮校正、損傷評估等任務(wù)，如 I-蚊蚋-ER、掃描鷹、搜用上，無人機主要用于影視制作、農(nóng)業(yè)植保、線路巡檢、檢災(zāi)救災(zāi)、資源遙感、攝影防火和物流等領(lǐng)域。無人機與傳統(tǒng)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(hù)方便，后期保養(yǎng)成本低。人工智能技術(shù)的發(fā)展，將人工智能應(yīng)用于無人機領(lǐng)域以實現(xiàn)無人機的單機智能飛行協(xié)同、任務(wù)自主智能，成為了各國學(xué)者研究的熱點�？梢灶A(yù)見，在未來幾年里，無、商業(yè)等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更加重要的作用。

配置幾何參數(shù)配置信道參數(shù)配置系統(tǒng)參數(shù)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(shù)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(chǎn)生高斯隨機過程產(chǎn)生陰影衰落產(chǎn)生多徑衰落產(chǎn)生多徑陰影復(fù)合衰落產(chǎn)生中繼信道衰落圖 5.3 軟件流程圖根據(jù)軟件的運行流程，設(shè)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(shù)設(shè)置單元；③狀態(tài)欄。為便于用戶操作，該軟件將信道參數(shù)、幾何參數(shù)與系統(tǒng)參數(shù)按照物理意義進(jìn)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(jié)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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