【摘 要】
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无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）具有成本低、灵活性高、操作简单等特点,在空天地海一体化网络中发挥重要作用。建立合理可靠的UAV信道模型,深入研究UAV通信信道的统计特性,是UAV通信系统发展的关键。当前的UAV信道建模研究存在以下不足:（1）UAV在农村环境有重要的应用价值,但是农村环境的空对地（Air to Ground,A2G）信道建模研究较少,目前的A2G建模
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无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）具有成本低、灵活性高、操作简单等特点,在空天地海一体化网络中发挥重要作用。建立合理可靠的UAV信道模型,深入研究UAV通信信道的统计特性,是UAV通信系统发展的关键。当前的UAV信道建模研究存在以下不足:（1）UAV在农村环境有重要的应用价值,但是农村环境的空对地（Air to Ground,A2G）信道建模研究较少,目前的A2G建模研究主要集中于城市环境;（2）UAV之间的通信有较大的应用潜力,需要对空对空（Air to Air,A2A）通信场景的信道建模进行深入研究,但当前研究主要集中于A2G通信场景。针对上述问题,本文分别提出了两种场景下的UAV信道模型并研究了两种模型的信道统计特性。本文主要内容如下:1.综述了UAV信道建模国内外研究现状,总结了当前UAV信道模型的特点与不足,介绍了UAV信道建模的背景知识,为后续章节模型的建立奠定了理论基础。2.针对农村或郊区环境的A2G通信,本文提出了一种三维非平稳宽带几何信道模型。模型考虑了地面反射分量,采用同心圆柱体描述地面移动终端周围散射体的分布,并采用时变收发端移动速度和角度描述信道的非平稳性。基于所提模型,本文推导了一些重要的信道统计特性的理论表达式,包括空-时-频相关函数、多普勒功率谱密度、包络电平交叉率（Level Crossing Rate,LCR）和平均衰落持续时间（Average Fade Duration,AFD）。此外,本文还分析了UAV相关参数对信道统计特性和非平稳性的影响。数值仿真结果与文献中的实测数据相吻合,验证了所提模型的合理性和理论推导的正确性。3.针对城市环境的A2A通信,本文提出了一种考虑远近散射体的三维非平稳宽带几何信道模型。该模型采用同心圆柱体描述环境中散射体的分布,距离UAV较近的散射体分布在内圆柱表面,距离UAV较远的散射体分布在外圆柱表面。模型采用时变UAV移动速度和路径距离描述信道的非平稳性。基于所提模型,本文推导了一些重要的信道统计特性的理论表达式,并着重研究了A2A通信场景下的LCR和AFD。此外,本文还分析了UAV相关参数对信道统计特性和非平稳性的影响。理论值和仿真值相吻合,验证了仿真模型的正确性。综上,本文提出的两种模型拓展了UAV通信的信道建模研究,为实际场景中UAV的应用提供了理论基础。
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