一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法和系统

摘要

一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法和系统，属于激光通信技术领域，解决了现有的对于无人机激光通信信道建模的研究只考虑指向误差在方位和俯仰方向服从方差相同正态分布的情况的问题。包括以下步骤：步骤S1，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；步骤S2，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；步骤S3，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；步骤S4，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式。

权利要求

1.一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

步骤S2，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

步骤S3，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

步骤S4，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式；

所述基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式，具体为：受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在径向偏移 ，其中，为指向误差角， 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量，根据中心极限定理， 和 认定为正态分布，即 ，，则指向误差角θ由Hoyt分布构建的表达式为：；

式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

光束径向偏移r的概率密度函数为：；

式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 表示为：；

式中， ， ， 为误差函数,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

指向误差 的概率密度函数为：

；

式中， ， ；

所述复合信道系数为：

；

式中， 为复合信道系数，hl为大气衰减损耗， 为大气湍流衰减， 为指向误差。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，其特征在于，所述大气衰减损耗的表达式为：；

式中，σ为衰减系数，L为链路距离，hl为大气衰减损耗，且其服从比尔‑朗伯定律。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，其特征在于，所述大气湍流衰落的概率密度函数的表达式为：在弱湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：；

式中， 为对数振幅方差， ， 为Rytov方差，用 来表示弱湍流，用 表示中度湍流到强湍流；

在中度湍流到强湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：；

式中， 为伽马函数， 为第二类n阶修正贝塞尔函数，α和β分别为大尺度和小尺度涡旋的有效个数。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，其特征在于，所述对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证，具体为：利用无人机平台搭载激光通信设备对其指向误差角进行测试，将获得的实际测试结果与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果以及采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果进行比较，与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果相比，采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果与获得的实际测试结果更接近，则构建的指向误差的概率密度函数的表达式是有效的。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，其特征在于，所述复合信道系数的概率密度函数的表达式为：；

式中， 为是给定湍流状态ha的条件概率， ， 为复合信道系数， 为大气湍流衰减。

6.一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模系统，其特征在于，所述系统包括以下模块：构建模块，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

建立模块，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

验证模块，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

复合信道模块，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式；

所述基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式，具体为：受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在径向偏移 ，其中，为指向误差角， 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量，根据中心极限定理， 和 认定为正态分布，即 ， ，则指向误差角θ由Hoyt分布构建的表达式为：；

式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

光束径向偏移r的概率密度函数为：；

式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 表示为：；

式中， ， ， 为误差函数,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

指向误差 的概率密度函数为：

；

式中， ， ；

所述复合信道系数为：

；

式中， 为复合信道系数，hl为大气衰减损耗， 为大气湍流衰减， 为指向误差。

7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1‑5任一所述的方法步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑5任一所述的方法步骤。

说明书

一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及激光通信技术领域，具体涉及一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法和系统。

背景技术

[0002] 随着无人机和无线激光通信技术的发展以及相关器件的不断成熟，无人机激光通信因其在科学探测、应急救生和军事侦察等领域的独特优势而成为近几年的研究热点。但无人机平台的体积小、重量轻，在空中飞行时自身姿态受环境的影响变化较大，其姿态变化会产生随机的指向误差，且激光信号在大气中传输时会受到大气的影响导致通信质量变差。因此，建立合适的信道模型，理论分析指向误差和大气对无人机激光通信系统性能的影响至关重要。

[0003] 然而，目前关于无人机激光通信信道建模的研究，大多假定指向误差服从理想的瑞利分布，只考虑指向误差在方位和俯仰方向服从方差相同正态分布的情况。

发明内容

[0004] 本发明解决了现有的对于无人机激光通信信道建模的研究只考虑指向误差在方位和俯仰方向服从方差相同正态分布的情况的问题。

[0005] 本发明所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤S1，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

[0007] 步骤S2，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

[0008] 步骤S3，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

[0009] 步骤S4，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式。

[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述大气衰减损耗的表达式为：

[0011] ；

[0012] 式中，σ为衰减系数，L为链路距离，hl为大气衰减损耗，hl一个常数，且其服从比尔‑朗伯定律。

[0013] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述大气湍流衰落的概率密度函数的表达式为：

[0014] 在弱湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：

[0015] ；

[0016] 式中， 为对数振幅方差， ， 为Rytov方差，用 来表示弱湍流，用表示中度湍流到强湍流；

[0017] 在中度湍流到强湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：

[0018] ；

[0019] 式中， 为伽马函数， 为第二类n阶修正贝塞尔函数，α和β分别为大尺度和小尺度涡旋的有效个数。

[0020] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式，具体为：

[0021] 受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在径向偏移 ，其中， 为指向误差角， 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量，根据中心极限定理， 和 认定为正态分布，即 ， ，则指向误差角θ由Hoyt分布构建的表达式为：

[0022] ；

[0023] 式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

[0024] 光束径向偏移r的概率密度函数为：

[0025]   ；

[0026] 式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

[0027] 考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 表示为：

[0028] ；

[0029] 式中 ， ， ， 为误差函数 ,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

[0030] 指向误差 的概率密度函数为：

[0031] ；

[0032] 式中， ， 。

[0033] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证，具体为：

[0034] 利用无人机平台搭载激光通信设备对其指向误差角进行测试，将获得的实际测试结果与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果以及采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果进行比较，与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果相比，采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果与获得的实际测试结果更接近，则构建的指向误差的概率密度函数的表达式是有效的。

[0035] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述复合信道系数为：

[0036] ；

[0037] 式中，为复合信道系数，hl为大气衰减损耗， 为大气湍流衰减， 为指向误差。

[0038] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述复合信道系数的概率密度函数的表达式为：

[0039] ；

[0040] 式中， 为是给定湍流状态ha的条件概率，  ，为复合信道系数， 为大气湍流衰减。

[0041] 本发明所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模系统，所述系统包括以下模块：

[0042] 构建模块，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

[0043] 建立模块，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

[0044] 验证模块，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

[0045] 复合信道模块，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式。

[0046] 本发明所述的一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

[0047] 存储器，用于存放计算机程序；

[0048] 处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述方法任一所述的方法步骤。

[0049] 本发明所述一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法中任一所述的方法步骤。

[0050] 本发明解决了现有的对于无人机激光通信信道建模的研究只考虑指向误差在方位和俯仰方向服从方差相同正态分布的情况的问题。具体有益效果包括：

[0051] 1、本发明所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，考虑指向误差在两个方向上的概率分布不同，即指向误差服从Hoyt分布（霍伊特分布）的情况，可以更精确地描述实际无人机平台随机抖动对系统通信性能的影响，建立更符合实际的信道模型并得到联合信道概率密度函数的理论表达式，从而准确把握无人机激光通信的动态通信过程；

[0052] 2、本发明所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，与传统瑞利分布指向误差模型相比，建立了更契合实际的Hoyt分布指向误差的概率密度函数的表达式，将仿真分析与实验研究相结合，验证了Hoyt分布指向误差的概率密度函数的表达式的有效性，并进一步得出了考虑大气衰减损耗、大气湍流衰落和指向误差的复合信道概率密度函数表达式。该模型更贴近无人机激光通信的实际情况，具有一定的实用性，并且易于实现，在无人机激光通信系统设计方面具有指导意义。

附图说明

[0053] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0054] 图1是具体实施方式所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法的接收端光束偏移图；

[0055] 图2是具体实施方式所述的方位指向误差角的实验测试结果图；

[0056] 图3是具体实施方式所述的俯仰指向误差角的实验测试结果图；

[0057] 图4是具体实施方式所述的实验结果拟合与仿真结果对比图。

具体实施方式

[0058] 下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0059] 本实施方式所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，包括以下步骤：

[0060] 步骤S1，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

[0061] 步骤S2，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

[0062] 步骤S3，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

[0063] 步骤S4，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式。

[0064] 本实施方式中，所述大气衰减损耗的表达式为：

[0065] ；

[0066] 式中，σ为衰减系数，L为链路距离，hl为大气衰减损耗，hl一个常数，且其服从比尔‑朗伯定律。

[0067] 本实施方式中，所述大气湍流衰落的概率密度函数的表达式为：

[0068] 在弱湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：

[0069] ；

[0070] 式中， 为对数振幅方差， ， 为Rytov方差，用 来表示弱湍流，用表示中度湍流到强湍流；

[0071] 在中度湍流到强湍流条件下，大气湍流衰减 的概率密度函数为：

[0072] ；

[0073] 式中， 为伽马函数， 为第二类n阶修正贝塞尔函数，α和β分别为大尺度和小尺度涡旋的有效个数。

[0074] 本实施方式中，所述基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式，具体为：

[0075] 受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在径向偏移 ，其中， 为指向误差角， 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量，根据中心极限定理， 和 认定为正态分布，即 ， ，则指向误差角θ由Hoyt分布构建的表达式为：

[0076] ；

[0077] 式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

[0078] 光束径向偏移r的概率密度函数为：

[0079] ；

[0080] 式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

[0081] 考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 表示为：

[0082] ；

[0083] 式中 ， ， ， 为误差函数 ,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

[0084] 指向误差 的概率密度函数为：

[0085] ；

[0086] 式中， ， 。

[0087] 本实施方式中，所述对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证，具体为：

[0088] 利用无人机平台搭载激光通信设备对其指向误差进行测试，将获得的实际测试结果与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果以及采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果进行比较，与采用瑞利指向误差的表达式获得的测试结果相比，采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果与获得的实际测试结果更接近，则构建的指向误差的概率密度函数的表达式是有效的。

[0089] 本实施方式中，所述复合信道系数为：

[0090] ；

[0091] 式中，为复合信道系数，hl为大气衰减损耗， 为大气湍流衰减， 为指向误差。

[0092] 本实施方式中，所述复合信道系数的概率密度函数的表达式为：

[0093] ；

[0094] 式中， 为是给定湍流状态ha的条件概率，  ，为复合信道系数， 为大气湍流衰减。

[0095] 本实施方式基于本发明所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，提供一种实际的实施方式：

[0096] 具体包括以下步骤：

[0097] 步骤1：建立大气对光信号的大气衰减损耗的表达式；

[0098] 步骤2：建立大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

[0099] 步骤3：建立Hoyt分布下指向误差的概率密度函数的表达式；

[0100] 步骤4：通过实验测试结果与采用理想条件下的瑞利指向误差分布模型获得的测试结果以及采用建立的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果进行比较，对建立的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

[0101] 步骤5：基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，建立复合信道系数的概率密度函数的理论表达式。

[0102] 步骤1具体为：大气吸收损耗hl通常为一常数，且服从比尔‑朗伯定律，可表示为：，式中，σ为衰减系数，L为链路距离。

[0103] 步骤2具体包括：

[0104] 步骤2.1：在弱湍流条件下，大气湍流衰落可建模为对数正态分布，大气湍流衰落的概率密度函数可表示为：

[0105] ；

[0106] 式中， 为对数振幅方差， ， 为Rytov方差（雷托夫方差），通常用来表示弱湍流，用 表示中度湍流到强湍流；

[0107] 步骤2.2：在中度湍流到强湍流条件下，大气湍流衰落可用Gamma‑Gamma模型（伽马‑伽马模型）表示，大气湍流衰落ha的概率密度函数为：

[0108] ；

[0109] 式中， 为伽马函数， 为第二类n阶修正贝塞尔函数，α和β分别为大尺度和小尺度涡旋的有效个数。

[0110] 步骤3具体包括：

[0111] 步骤3.1：受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在一定的径向偏移 ，其中， 为指向误差角。 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量，根据中心极限定理， 和 可认定为正态分布，即 ，
。则指向误差角θ由Hoyt分布建模为：

[0112] ；

[0113] 式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

[0114] 步骤3.2：光束径向偏移r的概率密度函数为：

[0115] ；

[0116] 式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

[0117] 步骤3.3：考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 可表示为：

[0118] ；

[0119] 式中， ， ， 为误差函数 ,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

[0120] 步骤3.4：指向误差 的概率密度函数可表示为：

[0121] ；

[0122] 式中， ， ，当 时，上式可简化为经典的瑞利分布指向误差模型。

[0123] 步骤4具体为：利用八旋翼无人机平台搭载激光通信设备，对其指向误差角进行测试，将测试结果与采用理想条件下的瑞利指向误差分布模型获得的测试结果，以及采用步骤3中的指向误差的概率密度函数获得的试验结果进行比较，以验证步骤3所提出指向误差的概率密度函数的正确性。

[0124] 步骤5具体为：同时考虑大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和指向误差的概率密度函数的情况下，复合信道系数 的概率密度函数可以表示为：

[0125] ；

[0126] 式中， 为是给定湍流状态ha的条件概率，可以表示为 。

[0127] 为了更好的说明本申请所述一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，通过以下实施例进行详细描述：

[0128] 对于无人机激光通信系统，无人机平台的姿态变化会产生随机的指向误差，是造成链路性能恶化的主要原因之一。除此之外，激光在大气信道中传输时会受到大气吸收、大气散射和大气湍流等因素的影响，导致接收端的光强起伏和功率下降。若想准确分析上述因素对无人机激光通信系统性能的影响，建立合适的信道模型是很有必要的。在空间激光通信系统中强度调制/直接探测（IM/DD）是一种常见的通信体制，假定无人机平台间采用IM/DD模式，调制方式为二进制开关键控（OOK）调制，则接收端的接收信号可以表示为：y=hRx+n，其中，h为复合信道系数，R为探测器响应度，x为二进制传输信号，n是方差为 ，且与信号无关的加性高斯白噪声（AWGN）。复合信道系数h表征激光通信信道的随机衰减，包括大气吸收 、大气湍流衰减 和指向误差 。复合信道系数可以表示为： 。

[0129] 大气吸收损耗hl通常为一常数，且服从比尔‑朗伯定律，可表示为：，其中，σ为衰减系数，L为链路距离。

[0130] 大气湍流根据其湍流强度大小可分为：弱湍流、中湍流和强湍流。在弱湍流条件下，大气湍流衰落可建模为对数正态分布，大气湍流衰落 的概率密度函数可表示为：

[0131] ；

[0132] 式中， 为对数振幅方差， ， 为Rytov方差，通常用 来表示弱湍流，用 表示中度湍流到强湍流；

[0133] 在中度湍流到强湍流条件下，大气湍流衰落 可用Gamma‑Gamma模型表示，大气湍流衰落ha的概率密度函数为：

[0134] ；

[0135] 式中， 为伽马函数， 为第二类n阶修正贝塞尔函数，α和β分别为大尺度和小尺度涡旋的有效个数。

[0136] 受无人机抖动的影响，接收端光束中心与接收透镜中心存在一定的径向偏移r，如图1所示，图中，a为接收透镜半径、r为镜像位移、 为高斯光束半径。径向偏移 ，其中， 为指向误差角， 和 分别表示方位和俯仰方向的指向误差角θ分量。根据中心极限定理， 和 可认定为正态分布，即： 、 。则指向误差角θ由Hoyt分布建模为：

[0137] ；

[0138] 式中， 和 分别表示方位和俯仰方向上指向误差角θ的抖动标准差， 为第一类零阶修正贝塞尔函数；

[0139] 光束径向偏移r的概率密度函数为：

[0140] ；

[0141] 式中， ， 分别为径向位移在方位和俯仰方向上分量的方差；

[0142] 考虑半径为a的圆形接收透镜和高斯光束，由指向误差角θ引起的指向误差 可表示为：

[0143] ；

[0144] 式中 ， ， ， 为误差函数 ,  参数， 为链路距离L处的光束半径；

[0145] 指向误差 的概率密度函数可表示为：

[0146] ；

[0147] 式中， ， ，当 时，上式可简化为经典的瑞利分布指向误差模型。

[0148] 利用八旋翼无人机平台搭载激光通信设备，对其指向误差角进行测试。实验测得无人机激光通信系统方位和俯仰指向误差角的大小，并对其用正态分布拟合，结果如图2和图3所示。方位和俯仰指向误差角服从均值为0，标准差分别为0.4°和0.06°的正态分布。

[0149] 利用上述实验结果，将测试结果与采用理想条件下的瑞利指向误差分布模型获得的测试结果以及采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果进行比较，结果如图4所示。从图中可以看出，与采用理想条件下的瑞利指向误差分布模型相比，采用构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果与实验测试结果匹配度更高。由此可以说明构建的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果更接近无人机激光通信系统的实际情况，即所提出构建的指向误差的概率密度函数的表达式是合理有效的。

[0150] 基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，复合信道系数 的概率密度函数可以表示为：

[0151] ；

[0152] 式中 ， 为是 给定湍流状态h a的 条件概率 ，可以表示 为；

[0153] 利用上述公式，可以得出弱湍流条件下联合信道的概率密度函数为:

[0154] ；

[0155] 式中， ， 表示Meijer‑G函数（梅耶尔G函数）。

[0156] 中度湍流到强湍流条件下联合信道的概率密度函数为：

[0157] ；

[0158] 式中， 。

[0159] 通过上述方式，本发明一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法，首先建立了大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和基于Hoyt分布的指向误差的概率密度函数的表达式，并通过对比实验和仿真结果，Hoyt分布的指向误差的概率密度函数的表达式获得的测试结果更接近无人机激光通信系统的实际情况，验证了所提出表达式的有效性。然后，于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式，该表达式具有一定的实用性，并且易于实现，在无人机激光通信系统设计方面具有指导意义。

[0160] 本实施方式所述的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模系统，所述系统包括以下模块：

[0161] 构建模块，分别构建大气衰减损耗的表达式和大气湍流衰落的概率密度函数的表达式；

[0162] 建立模块，基于Hoyt分布构建指向误差的概率密度函数的表达式；

[0163] 验证模块，对构建的指向误差的概率密度函数的表达式进行验证；

[0164] 复合信道模块，基于大气衰减损耗、大气湍流衰落的概率密度函数和验证后的指向误差的概率密度函数的表达式，构建复合信道系数的概率密度函数的表达式。

[0165] 本实施方式所述的一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

[0166] 存储器，用于存放计算机程序；

[0167] 处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述实施方式中任一所述的方法步骤。

[0168] 本实施方式所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施方式中任一所述的方法步骤。

[0169] 本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器（read only memory，ROM）、可编程只读存储器（programmable ROM，PROM）、可擦除可编程只读存储器（erasable PROM，EPROM）、电可擦除可编程只读存储器（electrically EPROM，EEPROM）或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器（random access memory，RAM），其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM 可用，例如静态随机存取存储器（static RAM，SRAM）、动态随机存取存储器（dynamic RAM，DRAM）、同步动态随机存取存储器（synchronous DRAM，SDRAM）、双倍数据速率同步动态随机存取存储器（double data rate SDRAM，DDR SDRAM）、增强型同步动态随机存取存储器（enhanced SDRAM，ESDRAM）、同步连接动态随机存取存储器（synchlink DRAM，SLDRAM）和直接内存总线随机存取存储器（direct rambus RAM，DR RAM）。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

[0170] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线（digital subscriber line，DSL））或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如，高密度数字视频光盘（digital video disc，DVD））、或者半导体介质（例如，固态硬盘（solid state disc，SSD））等。

[0171] 在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软 件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。

[0172] 应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

[0173] 以上对本发明所提出的一种基于无人机平台的激光通信复合信道建模方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。