基于双簇模型的无人机对车辆信道多普勒特性研究

来源：信号处理杂志 2025年第10期北京时间：

作者：韩清涛, 鲍军委, 华博宇, 陈小敏, 朱秋明

摘要：凭借低成本、易操作和高机动的优势，无人机已成为空地通信系统的重要组成部分。基于实际传播场景中无人机对车辆通信的多输入多输出信道，本文提出了一种考虑无人机机身散射效应和三维旋转的无人机对车辆信道双簇模型。该模型中，信道由视距路径、一次反射路径和随机散射路径组成。在散射路径中同时考虑了地面散射体以及无人机自身带来的散射效应，从而将随机散射路径分解为发射天线到机身散射体、机身散射体到地面散射体以及地面散射体到接收天线三个部分。本文研究了无人机的六维运动，包括三维平移和三维旋转，以及地面车辆以任意速度和任意方向移动的场景，通过引入时变姿态矩阵，实时更新机身散射体和发射天线的位置矢量。此外，还分析了各种路径时的多普勒频移和信道统计特性，包括时间自相关函数和多普勒功率谱密度。研究结果表明，无人机机身散射和六维运动对传输信号的多普勒效应和对系统性能的平稳性都有明显影响。无人机的三维平移和三维旋转分别导致了传输信号的宏多普勒频移和微多普勒频移，其中宏多普勒频移占主导。三维平移速度越大，传输信号时间自相关函数衰减越快，信道平稳性也相应越差；三维旋转引入的微多普勒频移会导致多普勒功率谱密度周期性波动。为确保动态运行条件下的可靠通信，将无人机六维运动模型集成到无人机对车辆信道框架中是必要的。

关键词：无人机, 六维运动, 机身散射, 双簇模型, 多普勒效应