无人机姿态抖动对低空空地信道非平稳性影响的测量与分析OA

无人机已成为低空通信网络的关键组成部分,但其空地(Air-to-Ground,A2G)信道的非平稳性仍是重大挑战。现有研究主要集中于表征高速移动所引发的非平稳性,而无人机在低速或悬停状态下的信道特性常被忽视。本文通过实测表征了一种在悬停状态下占主导地位的非平稳机制。我们发现,由风力等环境因素引发的姿态不稳定性,会与机载天线的非全向辐射特性产生耦合。具体而言,姿态的波动会改变天线的空间指向,该姿态波动进而调制了接收端感知的方向性增益。该耦合效应最终会导致视距(Line-of-Sight,LoS)路径的接收功率产生剧烈起伏。为实证检验该机制,我们开发了一套高精度A2G信道探测平台,该平台集成了自研的无线通信收发机、高精度惯性测量单元和全球定位系统,能够实现宽带信道冲激响应快照、高频无人机姿态数据(俯仰、滚转、航向)和精确定位数据的同步采集。基于该平台,我们开展了无人机在40 m高度悬停的信道测量实验,对比了平静(姿态稳定)与有风(姿态扰动)两种实验条件下的信道特性。测量结果验证了我们的假设:1)在平静实验条件下,姿态变化极小,A2G信道表现出高度平稳性;2)在有风实验条件下,无人机为保持位置而执行剧烈的姿态调整,这种姿态抖动导致LoS路径在天线增益零点和高增益斜率区域快速扫过,引发了明显且快速的信号衰落。因此,通过平均功率延迟分布相关法量化的信道平稳间隔,从超过40 ms急剧下降至低至1 ms。本研究证实,姿态-天线耦合效应是无人机悬停状态下信道非平稳性的主导机制。这一发现对于高可靠A2G通信系统的设计与优化,特别是在天线选型和信道跟踪算法方面,具有关键指导意义。