CN115842582B - 一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法和装置 - Google Patents
一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法和装置，包括：步骤S1，获取统计时间窗口内当前时刻所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；步骤S2，根据所述方位角信息和所述俯仰角信息以及预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；步骤S3，获取所述当前时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率；步骤S4，计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据。本发明通过自适应动态调整传输天线集合，有效对抗了随机抖动对无人机辅助通信的影响。
Description
技术领域
本发明属于无人机无线通信技术领域，具体涉及一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法、装置、电子设备以及计算机可读存储介质。
背景技术
目前，无人机的发展备受瞩目。无人机得益于其灵活部署，造价低廉，飞行轨迹可控等优点，被广泛应用于军事、民用等场景中。无人机通信以其灵活部署、视距链路、高效的能源收集的优势，受到了越来越多的关注。无人机作为移动空中基站或中继，能够增强无线覆盖，创造良好的传播条件，如视距链路传输。无人机通信能够应用于传统地面网络无法到达的场景，如海事通信、应急通信以及广泛区域的无线传感器网络的数据收集/信息传播等。此外，随着第五代(The 5-th Generation,5G)移动网络时代的到来，无人机辅助无线通信有望在未来成为5G无线技术的重要组成部分。
尽管无人机辅助通信具有很强的优势，但其仍存在许多问题。与地面固定基础设施相比，受缺乏固定装置以及各种环境问题，如恶劣天气下的强风等。使得无人机在空中容易受到气流扰动和机身振动的随机抖动影响，从而影响无线信道的质量降低通信性能。例如，抖动可能会导致收发天线波束不匹配，降低通信系统的可靠性。这种抖动产生的影响在大规模阵列天线中尤为显著。
大规模天线技术是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术。使用大规模天线阵列系统能深度挖掘空间维度资源，使得基站覆盖范围内的用户得到较高复用增益和分集增益。
当无人机上配备大规模阵列天线作为基站辅助通信时，受随机抖动的影响，大规模天线阵列中的较窄波束易于偏离用户接收方向，使得该传输链路性能损失较大。
发明内容
本发明提出了一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法，以此对抗无人机随机抖动的影响，从而实现天线利用率和空地通信链路传输性能的最大化。
本发明提供了一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法，所述方法中无人机配备M(M＝MxMy)根阵列发射天线，作为基站为地面单天线用户终端提供服务。本发明提出了一种对抗无人机随机抖动下的无线传输方法，主要包括以下步骤：包括：
步骤S1，获取统计时间窗口内所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；
步骤S2，根据所述方位角信息和所述俯仰角信息以及预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；
步骤S3，获取所述当前时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率；
步骤S4，计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻，重复执行步骤S3和步骤S4。
在一种可能的实现方式中，在所述计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，之后还包括：
若所述比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻，更新所述统计时间窗口，并重复执行步骤S1至步骤S4。
在一种可能的实现方式中，所述更新所述统计时间窗口，包括：
以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
在一种可能的实现方式中，获取统计时间窗口内当前时刻所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息，包括：
获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息；
并基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息。
在一种可能的实现方式中，根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合，包括：
获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；
当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合。
在一种可能的实现方式中，所述获取所述统计时间窗口内的平均可达速率，包括：
获取所述统计时间窗口内每个时刻对应的无抖动和抖动下的无人机与用户终端的信道状态信息、无人机的发射功率，噪声功率；
根据所述信道状态信息、所述无人机的发射功率和所述噪声功率，确定所述统计时间窗口内统计的平均可达速率。
在一种可能的实现方式中，所述当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合，包括：
确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种对抗无人机随机抖动的无线传输控制装置，应用于无人机无线传输的系统中的无人机，所述系统中包括无人机配备阵列发射天线作为基站，所述无人机服务于地面上单天线的用户终端，包括：
第一获取模块，用于获取统计时间窗口内所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；
确定模块，用于根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；
第二获取模块，用于获取当前时刻基于天线集合的瞬时可达速率；
控制模块，用于计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：若所述比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻，更新所述统计时间窗口，并重复执行步骤S1至步骤S4。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块包括：
更新子模块，用于以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
在一种可能的实现方式中，所述更新子模块，包括：
更新单元，用于以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
在一种可能的实现方式中，所述第一获取模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息；
第一确定子模块，用于基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息
在一种可能的实现方式中，所述确定模块，包括：
第二获取子模块，用于获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；
第二确定子模块，用于当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子模块包括：
获取单元，用于获取所述统计时间窗口内每个时刻对应的无抖动和抖动下的无人机与用户终端的信道状态信息、无人机的发射功率，噪声功率；
第一确定单元，用于根据所述信道状态信息、所述无人机的发射功率和所述噪声功率，确定所述统计时间窗口内统计的平均可达速率。
在一种可能的实现方式中，所述第二确定子模块，包括：
第二确定单元，用于确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
生成单元，用于从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
第三确定单元，用于获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种无人机，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如本公开实施例任一项所述对抗无人机随机抖动的无线传输方法。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如本公开实施例任一项所述的对抗无人机随机抖动的无线传输方法。
本发明的有益效果在于，本发明提供的对抗无人机随机抖动的无线传输方法通过自适应动态调整传输天线集合，对抗随机抖动对无人机辅助通信的影响。本发明利用贪婪算法给出了一种自适应动态选择传输天线集合的方法，实现了天线利用率和空地通信链路传输性能最大化，提高了无人机空地通信系统的鲁棒性。为实际中随机抖动的无人机如何实时选择天线集合以实现性能最大化问题提供解决方案。
附图说明
图1为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的场景图；
图2为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的流程图；
图3为本公开一种三维空间下的无人机的偏航、俯仰和滚转示意图；
图4为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的流程图；
图5为本发明的实施例中两种天线集合辅助通信的信噪比与平均可达速率关系图；
图6为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输装置中的一个实施例的示意图。
图7为本公开一种无人机中控制部件的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的和特征更加易懂，下面结合附图对本发明提出的一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法的具体实施方式进一步详细说明。
需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
还需要说明的是，本公开所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。
图1为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的场景图，据图1通信场景所示，无人机101配备M(M＝MxMy)根发射天线作为基站服务地面上的单天线用户终端103，其中Mx和My分别为无人机上搭载天线阵列的行列摆放天线数目。在一种实施例中，无人机可以部署在固定的高度，例如H＝100米。所考虑的某一区域内的用户的移动范围在该区域内，例如指定无人机和用户的初始位置坐标分别为pB＝(0，0，100)，pU＝(500，100，0)。无人机的发射功率可以设为：P＝0.1w，噪声功率可以设为：σ2＝10-14，相邻天线之间的间距可以设为：d＝6.25cm，反馈性能指标阈值可以设为：ρth＝0.8，无人机上阵列天线总数目可以设为：M＝128。
图2为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的流程图。参考图2所示，所述方法应用于无人机无线传输的系统中的无人机，所述系统中包括无人机配备阵列发射天线作为基站，所述无人机服务于地面上单天线的用户终端，包括：
步骤S1，获取统计时间窗口内所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息。
本公开实施例中，无人机实时的方位角信息可以通过传感器直接获取，或者通过其他第三方系统获取，本公开实施例对此不做限制。
在一种可能的实现方式中，获取统计时间窗口内当前时刻所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息，包括：获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息；并基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息。具体地，可以选取有限长度为N个时隙的时间窗口，其中第i个时刻表示ti(i＝1，2，…，N)。可以根据无人机上安装的位姿传感器(例如陀螺仪)实时获取当前时刻无人机实时三维抖动姿态角信息。图3为本公开一种三维空间下的无人机的偏航，俯仰和滚转示意图，参考图3所示，三维抖动姿态角信息可以表示为(α，β，γ)i。可以根据球坐标表示法以及无人机三维姿态角影响模型，抖动下的无人机到用户传输链路之间的波束方向向量eBU具体如下式(1)所示：
其中，表示抖动前无人机到用户终端传输链路之间的初始波束方向向量，根据波束向量与无人机和用户终端的位置关系，得到：
式(2)中，pB为无人机的初始位置矢量，pU为用户的初始位置矢量，和/>分别表示抖动前原始方位角和俯仰角，其中：
通过公式(1)-(3)得到实时的方位角信息θ和俯仰角信息分别为：
式(5)中，eBU(1)、eBU(2)、eBU(3)指的是式(3)中矩阵eBU的1，2，3项，即：这里eBU根据天线和用户位置的几何关系计算得到，相当于已知eBU与这两个角度这样的关系，反解得到这两个角度信息。其中，无人机三维姿态角(α，β，γ)模型，可以通过三维旋转矩阵R＝Rz(α)RY(β)RX(γ)表征，参考图3所述，其中，
其中，如上所述，(α，β，γ)可以通过无人机上的位姿传感器获得。
步骤S2，根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合。
本公开实施例中，在一示例性实施例中，可以通过穷搜的方式确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合中天线的数量以及所选天线的位置。需要说明的是，同样数量的天线，而位置不同的天线集合计算得到的可达速率是不相同的。在另一示例性实施例中，可以通过随机贪婪算法，确定统计时间窗口内对抗所述无人机随机抖动的天线集合。
步骤S3，获取当前时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率。
本公开实施例中，设初始化统计时间窗口为[T1，TN]，所述当前时刻包括所述统计时间窗口以外的时刻，例如到TN+1时刻，获取TN+1时刻的瞬时可达速率。在一示例性实施例中，基于所述天线集合的当前时刻的真实信道的瞬时可达速率可以表示为：
其中，h和分别表示ti时刻无抖动和抖动下无人机与用户终端之间的信道状态信息，P为无人机的发射功率，σ2为噪声功率。
步骤S4，计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻，重复执行步骤S3和步骤S4。
本公开实施例中，若比值大于或等于预设阈值，表示无人机作为基站辅助通信时，传输性能满足要求，可以进行无人机与用户终端之间的数据传输。所述当前时刻的下一时刻，以长度为N的统计时间窗口为例，在一示例性实施例中，统计时间窗口可以表示为[Ti,Ti+N-1]。当前时刻可以为所述统计时间窗口范围以外的任一时刻，例如Tj+1，则当前时刻的下一时刻可以表示为Tj+2。本公开实施例中，当切换到当前时刻的下一时刻，获取下一时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率，计算该瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若比值仍然大于或等于预设阈值，则进行无人机与用户终端之间的数据传输，直到比值小于预设阈值。需要说明的是，当比值小于预设阈值时可以不对统计时间窗口进行更新，例如原统计时间窗口仍为[Ti，Ti+N-1]保持不变。
本公开实施例考虑到天线集合中，天线数越多时可形成更窄的波束，集中辐射于更小的空间区域内，从而使得基站和用户之间的射频传输链路上的能量效率更高。然而，无人机抖动时，大规模天线阵列并非天线数越多越好，当天线数较多时，天线波束更窄，较窄的波束更易受到无人机随机抖动的影响。因此，为了对抗随机抖动对无人机辅助通信的影响，需要设计一种动态调整传输天线集合方案，使无人机辅助通信在应对随机抖动时具备鲁棒性。
本公开实施例提供的对抗无人机随机抖动的无线传输方法通过自适应动态调整传输天线集合，可以对抗随机抖动对无人机辅助通信的影响。实现了天线利用率和空地通信链路传输性能最大化，提高了无人机空地通信系统的鲁棒性。为实际中随机抖动的无人机如何实时选择天线集合以实现性能最大化问题提供解决方案。
在一种可能的实现方式中，在所述计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，之后还包括：
若所述比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻，更新所述统计时间窗口，并重复执行步骤S1至步骤S4。
本公开实施例中，若瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻。具体地，例如Ti+1，则当前时刻的下一时刻可以表示为Ti+2。本公开实施例中，所述更新所述统计时间窗口，具体地，例如当前的统计时间窗口表示为[Ti,Ti+N-1]，时间长度为N。在一种可能的实现方式中，所述更新所述统计时间窗口，包括：以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。更新当前的统计时间窗口表示为以所述当前时刻Ti+1的下一时刻Ti+2为起始时刻，统计时间长度为N的窗口，在本实施例中，可以表示为[Ti+2,Ti+N+1]。需要说明的是，还可以以所述当前时刻以后的任一时刻作为所述起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口，本公开对此不做限制。
本公开实施例中，当切换到当前时刻的下一时刻，并更新了统计时间窗口，需要重新获取所述下一时刻的所述无人机实时三维抖动姿态角信息，并基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；根据预设的天线选择策略，确定所述统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；获取所述下一时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率；计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，循环重复，直到该比值大于或等于预设阈值。
本公开实施例中，当所述比值小于预设阈值时，则对统计时间窗口进行更新，即更新对抗所述无人机随机抖动的天线集合，并检测在新的天线集合下，所述比值是否小于预设阈值，若仍然小于，则继续循环，直到所述比值大于或等于预设阈值，通过动态更新天线集合，起到抖动下大规模天下阵列的无人机的传输性能。
在一种可能的实现方式中，在整个通信过程中，是一直随着时间自适应实时调整该天线集合，比值小于预设阈值的时候我们重新选天线集合让该比值大于预设阈值，然后大于的时候我们就用这个集合传输数据，然而随着时间的推移，时间窗口也随之增大。由于抖动不确定变化环境因素等影响，在传输一段时间时又会发现，指标小于了，我们又要再重新选天线集合满足大于的条件。选择天线集合的过程是实时伴随着整个通信过程。
在一种可能的实现方式中，根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合，包括：
获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；
当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合。
本公开实施例中，统计时间窗口内的平均可达速率在一示例性实施例中，可以通过其他第三方系统获得，在另一示例性实施例中，还可以通过如下方法获得，所述方法包括：获取所述统计时间窗口内每个时刻对应的无抖动和抖动下的无人机与用户终端的信道状态信息、无人机的发射功率，噪声功率；根据所述信道状态信息、所述无人机的发射功率和所述噪声功率，确定所述统计时间窗口内统计的平均可达速率。
本公开实施例中，可以根据ti时刻的实时方位角和俯仰角信息和初始天线集合，得到ti时刻无人机与用户终端之间的信道状态信息为：
在本实施例中光速c＝3×108m/s，可以设置载波频率fc＝24kHz，为信号波长，/>表示为无人机和用户之间的天线阵列响应，||pB-pU||-1为从无人机到地面用户的距离。根据远场毫米波信道模型，导向矢量/>ax和ay分别被表示为
例如，给定天线之间的单元间距d＝6.25cm，Mx＝8和My＝16分别表示天线阵列的在x轴和y轴放置的天线行列数。设si为ti时刻无人机的发射信号，接收到的信号可以为：
其中是消除波束形成对传输功率影响的归一化因子，w为波束形成向量w＝hH，h表示无人机抖动前原始信道状态信息，在此考虑实际传输设计中，在波束设计时忽略无人机的随机抖动的影响仅根据原始信道设计，表示均值为0和方差为σ2的加性高斯白噪声。得到ti时刻系统传输链路的可达速率/>为：
其中P为无人机的发射功率。统计该时间窗口内平均可达速率表示为
在一种可能的实现方式中，所述当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合，包括：
确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合。
本公开实施例中，所述基于随机贪婪算法天线选择流程如下：
进一步的，基于上述贪婪算法的方案存在一个最优的天线集合Msel*使达到最大，即对于无人机随机抖动的强度信息，选择激活不同的天线，都会存在对应最大的平均可达速率/>此时对应的天线集合Msel*应为随机抖动信息下无人机应搭载的最优天线集合。因此，无人机上搭载最优天线集合可进一步数学表述为
图4为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法中的一个实施例的流程图，参考图4所示，所述方法包括：
(1)确定实时方位角和俯仰角度信息。基于无人机实时三维抖动姿态角信息获取实时方位角和俯仰角度信息。选取有限长度为N个时隙的时间窗口，其中第i个时刻表示为ti(i＝1，2，…，N)，根据无人机上陀螺仪实时记录的ti时刻的三维姿态角数据(α，β，γ)i，得到相应的实时方位角和俯仰角度信息进一步的，S1中所述的无人机三维姿态角(α，β，γ)模型用三维旋转矩阵R＝RZ(α)RY(β)RX(γ)表征。可以根据无人机上陀螺仪实时记录的三维姿态角数据(α，β，γ)i，可得到相应的实时方位角和俯仰角度信息/>
(2)设计天线选择策略确定对抗无人机随机抖动的天线集合Msel。基于随机贪婪思想设计面向阵列天线选择策略选择可对抗无人机随机抖动的天线集合进行传输。进一步的，S2所述的贪婪算法选择天线集合的目标是使得当前时间窗口统计的平均可达速率达到最大。进一步的，可根据ti时刻的实时方位角和俯仰角信息/>和初始天线集合，得到ti时刻无人机与用户终端之间的信道状态信息。进一步的，得到ti时刻系统传输链路的可达速率。在一示例性实施例中，所述的基于贪婪算法选择使得/>最大的天线集合Msel进行数据传输。所述基于随机贪婪算法天线选择为在M个阵列天线中每次随机选择一根天线加入到天线集合Msel中，使得每次使用该天线集合传输时的平均可达速率/>增大，直到加入再加入天线时不能使/>再增大，那么此时的天线集合即为选择的最优的天线集合。
在一示例性实施例中，基于上述贪婪算法的方案存在一个最优的天线集合Msel*使达到最大，即对于无人机随机抖动的强度信息，选择激活不同的天线，都会存在对应最大的平均可达速率/>此时对应的天线集合Msel *应为随机抖动信息下无人机应搭载的最优天线集合。
(3)计算基于天线集合Msel的瞬时可达速率Ri并向用户终端发送数据；
进一步的，所述的当前时刻的真实信道系统瞬时可达速率Ri。
(4)计算比较ρ与系统反馈指标阈值ρth的大小实时调整统计时间窗口。若ρ＜ρth，说明使用当前选择的天线集合传输不满足系统要求，则切换到下一时刻且更新统计时间窗口并重新执行(1)-(4)；否则切换到下一时刻并重新执行(3)-(4)。
图5为本发明的实施例中两种天线集合辅助通信的信噪比与平均可达速率关系图，由图5可以看出，使用本发明提出的贪婪算法选出的天线集合数据传输时随着信噪比的增加，平均可达速率明显优于使用全部天线集合传输数据的平均可达速率。该仿真结果表明本发明可以有效提高信号传输效率及信道容量。
基于同样的发明构思，本公开实施例还提供了一种对抗无人机随机抖动的无线传输装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的目标账户识别装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于目标账户识别方法的限定，在此不再赘述。
所述装置可以包括使用了本说明书实施例所述方法的系统(包括分布式系统)、软件(应用)、模块、组件、服务器、客户端等并结合必要的实施硬件的装置。基于同一创新构思，本公开实施例提供的一个或多个实施例中的装置如下面的实施例所述。由于装置解决问题的实现方案与方法相似，因此本说明书实施例具体的装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图6为本公开一种对抗无人机随机抖动的无线传输装置中的一个实施例的示意图。参考图6所示，所述装置包括：
第一获取模块601，用于获取统计时间窗口内所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；
确定模块603，用于根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；
第二获取模块606，用于获取当前时刻基于天线集合的瞬时可达速率；
控制模块609，用于计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：若所述比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻，更新所述统计时间窗口，并重复执行步骤S1至步骤S4。
在一种可能的实现方式中，所述处理模块包括：
更新子模块，用于以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
在一种可能的实现方式中，所述更新子模块，包括：
更新单元，用于以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
在一种可能的实现方式中，所述第一获取模块包括：
第一获取子模块，用于获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息；
第一确定子模块，用于基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息
在一种可能的实现方式中，所述确定模块，包括：
第二获取子模块，用于获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；
第二确定子模块，用于当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合
在一种可能的实现方式中，所述第二获取子模块包括：
获取单元，用于获取所述统计时间窗口内每个时刻对应的无抖动和抖动下的无人机与用户终端的信道状态信息、无人机的发射功率，噪声功率；
第一确定单元，用于根据所述信道状态信息、所述无人机的发射功率和所述噪声功率，确定所述统计时间窗口内统计的平均可达速率。
在一种可能的实现方式中，所述第二确定子模块，包括：
第二确定单元，用于确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
生成单元，用于从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
第三确定单元，用于获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合。
在一个实施例中，参考图7所示，提供了一种无人机，其内部控制部件可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
在此需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种对抗无人机随机抖动的无线传输方法，其特征在于，应用于无人机无线传输的系统中的无人机，所述系统中包括无人机配备阵列发射天线作为基站，所述无人机服务于地面上单天线的用户终端，包括：
步骤S1，获取统计时间窗口内所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；
步骤S2，根据所述方位角信息和所述俯仰角信息以及预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；其中，根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合，包括：
获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；其中，所述平均可达速率由所述方位角信息和所述俯仰角信息确定；
当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合；其中，所述当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合，包括：
确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合；
步骤S3，获取当前时刻基于所述天线集合的瞬时可达速率；其中，所述瞬时可达速率由所述方位角信息和所述俯仰角信息确定；
步骤S4，计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻，重复执行步骤S3和步骤S4。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，之后还包括：
若所述比值小于所述预设阈值，则切换到所述当前时刻的下一时刻，更新所述统计时间窗口，并重复执行步骤S1至步骤S4。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述更新所述统计时间窗口，包括：
以所述当前时刻的下一时刻作为起始时刻，以预设时长结束时对应的时刻作为终止时刻，将所述起始时刻至所述终止时刻所经历的时刻作为更新后的统计时间窗口。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取统计时间窗口内当前时刻所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息，包括：
获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息；
基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述统计时间窗口内的平均可达速率，包括：
获取所述统计时间窗口内每个时刻对应的无抖动和抖动下的无人机与用户终端的信道状态信息、无人机的发射功率，噪声功率；
根据所述信道状态信息、所述无人机的发射功率和所述噪声功率，确定所述统计时间窗口内统计的平均可达速率。
6.一种对抗无人机随机抖动的无线传输控制装置，其特征在于，应用于无人机无线传输的系统中的无人机，所述系统中包括无人机配备阵列发射天线作为基站，所述无人机服务于地面上单天线的用户终端，包括：
第一获取模块，用于获取所述无人机实时三维抖动姿态角信息，并基于所述姿态角信息，确定所述无人机实时的方位角信息和俯仰角信息；
确定模块，用于根据预设的天线选择策略，确定统计时间窗口内的对抗所述无人机随机抖动的天线集合；所述确定模块，包括：
第二获取子模块，用于获取所述统计时间窗口内的平均可达速率；其中，所述平均可达速率由所述方位角信息和所述俯仰角信息确定；
第二确定子模块，用于当所述平均可达速率达到最大时，基于贪婪算法，确定对应的对抗无人机随机抖动的天线集合；所述第二确定子模块，包括：
第二确定单元，用于确定初始天线集合及对应的第一平均可达速率；
生成单元，用于从所述阵列发射天线中随机选择一根天线加入到所述初始天线集合中，得到第一中间天线集合；
第三确定单元，用于获取所述第一中间天线集合对应的第二平均可达速率；
在所述第二平均可达速率大于所述第一平均可达速率的情况下，从所述阵列发射天线的剩余天线中随机选择一个天线加入到所述中间天线集合，得到第二中间天线集合，获取所述第二中间天线集合对应的第三平均可达速率，直到所述第三平均可达速率小于或等于所述第二平均可达速率，将所述第二中间天线集合作为所述无人机随机抖动的天线集合；
第二获取模块，用于获取当前时刻基于天线集合的瞬时可达速率；其中，所述瞬时可达速率由所述方位角信息和所述俯仰角信息确定；
处理模块，用于计算所述瞬时可达速率与统计时间窗口的平均可达速率的比值，若所述比值大于或等于预设阈值，则利用所述天线集合在所述无人机和所述用户终端之间传输数据；并切换到所述当前时刻的下一时刻。
7.一种无人机，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至5中任一项所述对抗无人机随机抖动的无线传输方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如权利要求1至5中任一项所述的对抗无人机随机抖动的无线传输方法。
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