本发明涉及一种通信系统高动态信号仿真方法。现有的通信系统高动态信号仿真方法都需要利用与信号相关的参数控制硬件对信号进行模拟。本发明方法从接收机角度考虑，利用电磁波传播原理以及光速不变原理，逆向推算不同时刻接收机所接收的信号。本发明无需考虑接收信号参数，能够简易、精确地完成通信系统中的高动态信号仿真。
1. 一种通信系统高动态信号逆向仿真方法，首先，进行场景想定及参数设置, 设定信号源天线及接收机天线的轨迹和姿态方程、设定信号源模型及接收信号采样频率；然后，利用接收机时钟坐标体系中接收机接收信号时刻接收机与信号源的相对距离、接收机与信号源的钟差及光速这些参数，计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻；最后，根据所计算的时刻完成接收信号的生成；其特征在于：所述的场景想定及参数设置包括：根据具体通信系统应用进行场景想定，设置信号源和接收机的轨迹与姿态；根据信号源天线的轨迹和姿态方程，可以确定信号源时钟坐标体系中对应任一时刻 信号源天线的坐标 及姿态，同样，根据接收机天线的轨迹和姿态方程，可以确定接收机时钟坐标体系中对应任一时刻 接收机天线的坐标 及姿态；
设信号源模型为 ，可以确定信号源时钟坐标体系中对应任一时刻 的源信号 ；
根据信号源模型及接收机接收信号需求设置接收信号对应的采样频率 ，其中， 应满足采样定理及接收机接收信号需求；
所述的计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻包括：步骤1：根据采样时间间隔 生成离散接收时间序列： ；
步骤2：根据接收机天线轨迹方程可以计算 时刻接收机天线坐标：，其中， ；
步骤3：由于信号传播会产生时延，根据下式求解方程，即可求解出 时刻接收机接收到的信号所对应的信号源的发射时刻 ；
为信号源时钟坐标体系中接收机接收到的信号对应的信号源发射时刻；
步骤1：根据信号源模型生成 时刻源信号 ，即为接收机在 时刻所接收的信号原型；
步骤2：根据 时刻发射天线和 时刻接收天线的相对位置关系及天线的方向性，判断在 时刻接收机是否能够接收到相应信号；
步骤3：如果判断为无法接收，则对应 时刻接收机接收信号为0；否则，根据发射、接收天线及传播环境对信号原型 引入衰减和噪声模型生成接收机在 时刻的接收信号。
一种通信系统高动态信号逆向仿真方法
技术领域
[0001] 本发明属于电学技术领域，特别涉及到电通信技术专业的一种通信系统高动态信号逆向仿真方法。
背景技术
[0002] 在通信系统中，高动态接收机一般应用于飞机等运动载体上，但因其试验条件和环境的建立都要受到成本、周期等诸要素的制约。所以，高动态信号仿真技术是高动态接收机研制过程中不可或缺的一种实验技术。现有的通信系统高动态信号仿真方法都是利用与信号相关的参数控制硬件对信号进行模拟，体系结构比较复杂，实现技术难度大,并且无法保证高动态信号的精确性。
发明内容
[0003] 本发明的目的是提供一种通信系统高动态信号逆向仿真方法，本方法是具有简易性的、能够精确仿真通信系统高动态信号的方法，解决以往仿真方法中体系结构复杂，实现技术难度大，无法保证高动态信号精确性的问题。
[0004] 采用的技术方案是：
[0005] 一种通信系统高动态信号逆向仿真方法，包括仿真场景想定、参数设置和计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻和接收信号的生成。
[0006] 在仿真场景想定的情况下，采用逆向方法，从接收机角度考虑，利用电磁波传播原理以及光速不变原理，逆向推算不同时刻接收机所接收的信号。根据 时刻接收机的天线位置与信号源天线的相对位置关系，可以计算出信号源发射该信号的时刻 ，进而求解对应的信号原型，进而完成接收信号的生成，在考虑信号发射天线、传播环境、接收天线及信号源与接收机姿态等的影响后形成 时刻接收机的接收信号。其中，如何计算 时刻接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻 ，是仿真方法中的关键技术。
[0007] 所述的场景想定及参数设置
[0008] 根据具体通信系统应用进行场景想定，设置信号源和接收机的轨迹与姿态。根据信号源天线的轨迹和姿态方程，可以确定信号源时钟坐标体系中对应任一时刻 信号源天线的坐标 及姿态。同样，根据接收机天线的轨迹和姿态方程，可以确定接收机时钟坐标体系中对应任一时刻 接收机天线的坐标 及
姿态。
[0009] 设信号源模型为 ，可以确定信号源时钟坐标体系中对应任一时刻 的源信号。
[0010] 根据信号源模型及接收机接收信号需求设置接收信号对应的采样频率 。其中，应满足采样定理及接收机接收信号需求。
[0011] 所述的计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻
[0012] 步骤1：根据采样时间间隔 生成离散接收时间序列： 。
[0013] 其中，为根据接收机所需的接收时间量 确定， 。
[0014] 步骤2：根据接收机天线轨迹方程可以计算 时刻接收机天线坐标：
[0015] 。其中， 。
[0016] 步骤3：由于信号传播会产生时延，根据下式求解方程，即可求解出 时刻接收机接收到的信号所对应的信号源的发射时刻 。
[0017]
[0018] 其中， 。
[0019] 对于信号源静止情况，可以进一步简化计算模型，直接解算 时刻接收机接收到的信号所对应的信号源的发射时刻 。
[0020]
[0021] 上述公式中，
[0022] 为接收机时钟坐标体系中接收机接收信号时刻
[0023] 为信号源时钟坐标体系中接收机接收到的信号对应的信号源发射时刻[0024] 为接收机与信号源的钟差
[0025] 为光速
[0026] 为接收机采样时间间隔
[0027] 为信号源与接收机之间的最大径向速度的绝对值，
[0028] 为 时刻接收机与信号源的相对距离
[0029] 所述的接收信号的生成
[0030] 步骤1：根据信号源模型生成 时刻源信号 ，即为接收机在 时刻所接收的信号原型。
[0031] 步骤2：根据 时刻发射天线和 时刻接收天线的相对位置关系及天线的方向性，判断在 时刻接收机是否能够接收到相应信号。
[0032] 步骤3：如果判断为无法接收，则对应 时刻接收机接收信号为0；否则，根据发射、接收天线及传播环境对信号原型 引入衰减和噪声模型生成接收机在 时刻的接收信号 。
[0033] 与现有技术相比，本发明的有益效果是计算简单、易于实现和能够精确完成通信系统中的高动态信号仿真。
附图说明
[0034] 图1是通信系统高动态信号逆向仿真方法基本原理示意图。
[0035] 图2是场景想定示意图。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0037] 图1所示为通信系统高动态信号逆向仿真方法基本原理示意图。由于信号传播具有时延性，对于接收机而言， 时刻接收机所接收信号并非实时信号，其应该对应信号源在此时刻之前的某一时刻 发射的信号。欲实现对接收机接收信号的有效仿真，从接收机角度考虑，利用电磁波传播原理以及光速不变原理，需要计算 时刻接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻 。即 时刻接收机天线的位置与 时刻信号源天线的位置之间的相对距离等于 与 之间的差值去除钟差后的时间内电磁信号传播的距离。
[0038] 通信系统高动态信号逆向仿真方法具体的技术环节包括三个方面：场景想定及参数设置、计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻和接收信号的生成。
[0039] （1）场景想定及参数设置
[0040] 场景想定为接收机位于匀加速直线爬升的飞行器内，保持一定仰角姿态匀加速平稳飞行，接收机轨迹如图2所示。信号源为静止状态，天线为全向天线，初始位置为 。设定接收机天线初始位置为 ，初始速度为 ，加
速度为 ，各角度参数设定为 、 、 ，初始时间为 ，接收机
时钟与信号源时钟之间的钟差 。则对应 时刻接收机天线的坐标 可以通过下式计算。
[0041]
[0042] 设信号源模型为 ，其中，载频 ，初始相位。根据信号源模型可以确定信号源时钟坐标体系中对应 时刻的源信号 。根据信号源模型及接收机接收信号需求设置接收信号对应的采样频率 。
[0043] （2）计算接收机所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻
[0044] 设接收机所需接收时间量 ，则时间点数 。
[0045] 采样时间间隔为 s，生成离散接收时间序列：
[0046] 。
[0047] 根据接收机天线轨迹方程可以计算所有时间点的接收机天线坐标。
[0048] 由于信号传播会产生时延，进一步求解接收机接收到的信号所对应的信号源的发射时刻。在本例中采用简化计算模型即可直接解算接收机接收到的信号所对应的信号源的发射时刻。以 的时间点为例，该时间点相对于初始时间的偏移量为0.0001s，代入接收机天线轨迹方程解算出该时间点接收机天线的坐标 为（16999.66829140055，8000.278336563455，10000.250001225），此 坐 标 与 信 号源的距离为21283.753794082855m，进而解算出所对应的信号源的发射时刻为=10.00002905415402s，即接收机天线在第10.0001s所接收信号对应的信号源发射该信号的时刻为10.00002905415402s。
[0049] （3）接收信号的生成
[0050] 根据信号源模型生成 时刻的源信号：
[0051] 0.708790479432756，即为接收机在10.0001s时刻所接收的信号原型。
[0052] 进一步根据10.00002905415402s时刻发射天线和10.0001s时刻接收天线的相对位置关系及天线的方向性，判断接收机能够接收到相应信号。根据发射、接收天线及传播环境对信号原型引入衰减和噪声模型生成接收机在10.0001s时刻的接收信号。
