Milimeter-Wave UAV Communications(31-40)

尽管波形漏波天线系列中的大多数设备具有低剖面和竞争性辐射特性，但其不必要的超重会对当前的创新应用造成不利影响，如无人驾驶飞行器（UAV）、飞机或卫星天线。立体成像技术与电镀技术相结合，是一种经济、快速的轻型设备制造解决方案，同时能够克服传统的金属钻孔/火花侵蚀制造限制，例如不能腐蚀极窄的凹槽。在这里，我们提出了一个椭圆靶心天线在96千兆赫下运行，制造后的三维打印和铜涂层工艺。由于其偏离中心的凹槽分布，获得了指向16.5°的倾斜光束，呈现出17 dB和3.5束宽的增益。并对槽形分布和形状进行了理论分析，得出了控制槽形分布和形状的方程。这一原型结果对点对点通信以及需要轻型和经济有效天线的应用（如卫星通信或部署在无人机上）都是有意义的。

Introduction

漏波天线的辐射效率和体积减小，现在已为人所熟知，而且，在这种低剖面是先决条件的应用中，它们确实非常有趣。然而，大多数基于金属的结构天线呈现出重量，这可能是应用程序的一个障碍，其中重量轻是一个问题直接与成本有关，作为卫星或无人机部署。事实证明，3D打印技术在人工假肢、汽车行业甚至玩具行业等日常应用领域都很有用。因此，很容易理解复杂几何天线制造中的同等重要性

在这项工作中，我们提出了一个镀铜的三维打印天线，重量包括螺钉少于四分之一的实心铜天线。其设计使得获得指向16.5°而非侧面[11]的高增益光束。通过对漏波传播物理机理的理论分析，证明了所用椭圆槽的分布和形状。实验结果（峰值增益为17db，窄波束宽度约为3.5º）与模拟结果相似；观察到的定量差异来自忽略模型中的制造公差，正如精细模拟所证实的那样。一个更全面的工作可以找到。

2、An Energy Efficient Framework for UAV-Assisted Millimeter Wave 5G Heterogeneous Cellular Networks

IEEE Transactions on Green Communications and Networking

Abstract

研究了在微波（_w）宏基站覆盖范围内，由无人机（UAV）小基站和地面双模毫米波小单元组成的多波段异构网络中的下行传输。我们制定了一个两层优化框架，在服务质量最低、传输功率最大的约束下，同时为无人机找到有效的覆盖半径，为网络提供节能的无线电资源管理。外层根据最大允许路径损耗为每架无人机推导出最佳覆盖半径/高度。内层提出了一个优化问题，以最大限度地提高系统的能源效率（EE），即系统提供的聚合用户数据速率与其聚合能耗（下行传输和电路功率）之比。我们证明，在目标sinr引入无人机基站的某些值下，EE加倍。我们还表明，超过最佳EE点的增加会降低EE。

Introduction

5G异类网络（HETNET）将由不同规模的网络层、传输功率、回程连接和无线电接入技术组成[1]。最近，人们提议使用无人机小单元或无线空中平台来提高网络覆盖率和容量[2]。此外，无人机有望证明对公共安全和灾害管理有帮助[3]。我们考虑一个由微波宏基站（BS）、多个地基双模毫米波小基站（SBS）和多个微波操作天线（UAV）基站组成的异构网络，如图1所示。

相关的无人机工作主要涉及空对地通道建模、视线（LOS）概率和路径损失调查[4]，[5]。在我们的工作中，我们利用了[6]中的服务水平概率表达式。现在，尽管无人机在扩展网络覆盖方面表现出了良好的性能，但其作战挑战仍然存在，从能源限制和干扰管理到最佳的3D部署，值得进一步研究。例如，[7]确定最佳无人机高度，以最小化覆盖目标区域所需的发射功率。参考文献[8]通过确定无人机的最佳位置来扩展这项工作，因为已知其相应的单元边界。然而，这两项研究都不考虑同时存在的地基小单元和宏单元。此外，[9]研究了启用缓存的无人机的主动部署，以优化给定的QoE度量、确定用户无人机关联、最佳无人机位置和缓存内容。最后，[10]，[11]研究无人机物联网数据采集、联网和路径规划，以实现下一代应用程序，如网络虚拟和增强现实。同样，[12]探索了一种用于异构无人机网络协同任务分配的博弈论联盟形成方法，[13]研究了基于粒子群优化和卡尔曼滤波的间歇观测动态无人机网络拓扑预测的最优测量策略。

5G网络的另一个特点是同时使用微波和毫米波资源。由于更高的可用带宽（在1 c2 GHz的范围内），以及由于毫米波信号的波长更小而可能出现更大的天线阵列，毫米波技术的利用最近受到关注[14]。Semiari等人[15]提出了一种新的双模式小单元调度框架，即在毫米波和超高频（UHF）频段中运行。我们对来自SBS的传输采用了类似的方法，通过这种方法，小蜂窝中的用户可以利用毫米波段中可用的两个频段中的一个，这取决于哪一个最大化其各自的最大速率。

与相关工作[7]、[16]相比，我们首次研究了由地面宏基站和双模毫米波SBS组成的无人机辅助多波段HETNET的能效（EE），并给出了最大化能效的优化框架。我们提出了一种联合子载波和功率分配方案，在满足用户最低QoS水平和最大功率传输限制的同时，最大限度地提高系统EE。为了解决这一无线资源管理问题，我们提出了一个双层优化框架。在其内层，宏bs层的ee最大化。在其外层，对无人机层的功耗进行了优化，以满足用户最低速率要求，同时将其最大干扰限制在Macro BS层。

3、Channel Tracking With Flight Control System for UAV mmWave MIMO Communications

IEEE Communications Letters

Abstract

无人机（UAV）通信可以提供灵活的调度，提高可靠性，在更大范围内增强容量，并已成为空间-空地一体化网络的关键组成部分。本文以毫米波段无人机作为多天线机载基站的通信系统为研究对象，提出了一种新的基于飞行控制系统的信道跟踪方法。具体地说，u>三维几何信道模型是将无人机运动状态信息与信道增益信息相结合，前者通过飞行控制系统的传感器融合获得，后者通过飞行员传输进行估计。仿真结果验证了该方法的有效性

Introduction

无人机（UAV）通信是实现第五代（5G）移动网络灵活覆盖的一种有前途的方法[1]，[2]。与地面通信系统不同，无人机通信可以在更远的距离上提供更大的容量和更好的可靠性，这使得宽带无缝连接成为可能[3]，[4]。一般而言，无人机通信采用毫米波（30-300GHz）波段和多天线[5]，因为这两个方面的结合可以激发它们各自的优势：一方面，由于毫米级波长的存在，数百甚至数千根天线可以被打包成一个有效载荷有限的小型无人机；另一方面，天线阵可以为对抗毫米波波段的大路径损耗带来巨大的空间增益

无人机通信的传输性能取决于信道状态信息（CSI）的可用性。与地面通信不同，无人机与地面终端（GT）之间的信道由于连续导航而具有典型的时变特性。本文在[6]中对空对地传播信道进行了一种综合的信道探测与建模方法，证明了无人机通信的大部分总能量将从视线（LOS）路径到达用户。针对毫米波多输入多输出（MIMO）系统，在[7]中提出了一种基于角度分割多址（ADMA）的信道跟踪方法，该方法利用基于几何的随机模型来描述无人机多输入多输出（MIMO）信道，并提出了简化信道跟踪过程的用户运动方程

本文提出了一种有效的毫米波无人机MIMO通信系统信道跟踪方法。具体来说，三维（3D）几何信道模型是无人机运动状态信息和信道增益信息的结合。然后，设计了基于卡尔曼滤波的传感器融合方法来获取无人机的运动信息，并利用少量的飞行员来获取信道增益信息。仿真结果验证了该方法的有效性.

4、Characterization of Radio Links at 60 GHz Using Simple Geometrical and Highly Accurate 3-D Models

用简单几何和高精度三维模型描述60GHz下的无线电链路
IEEE Transactions on Vehicular Technology

Abstract

为了在城市环境中有效地部署高数据率毫米波通信系统，准确的无线电波传播信道信息至关重要。无线电波在城市场景中的传播很大程度上取决于周围环境的地形。为了评估传播效应对建筑物屋顶无线电频道的影响，开展了测量活动。在本文的仿真部分，我们提出了两种不同技术制作的三维模型：一种是简单的几何模型，另一种是高精度的近景摄影测量模型；后者复制了详细的建筑几何。为了建立一个高精度的三维模型，将无人机获取的图像与摄影测量技术相结合。本文利用两种不同精度的三维模型，对屋顶场景进行了基于放炮和反弹光线的模拟，对实测功率延迟剖面和模拟功率延迟剖面进行了深入的比较。结果表明，利用近景摄影测量模型可以较好地预测毫米波频率下的传播情况

Introduction

近几年来，对高数据速率移动通信的需求稳步增长，因此，需要覆盖范围更广、传输质量更高、频谱使用效率更高的大容量无线电系统。为了满足这些需求，移动运营商不仅必须为特定情况选择适当的无线技术，而且还必须根据当前环境的具体情况有效地部署它。在毫米波（mm波）频率下运行的无线网络是支持多Gbit/s数据速率要求的一种有前途的解决方案。尤其是，毫米波频率下的无许可频段对于这一目的是有吸引力的。如今，66 GHz频率主要用于室内通信[1]C[2]。然而，新标准的出现，如IEEE802.11ay，可能会极大地改变这种情况。正在开发的新技术旨在利用毫米波频率，可能的话，60GHz频段也将用于户外场景

毫米波无线电波在不同环境和不同应用中传播的几个方面已经被研究过，例如在[3]c[5]中。例如，Almers等人[3]提出多输入多输出系统的物理和分析无线电波传播模型，并评估其性能。在[4]中，Sun等人研究了第五代（5G）无线系统的三种大规模路径损耗模型的预测精度、灵敏度和参数稳定性。在[5]中，给出了参数的测量值，如视距（LOS）概率、路径损耗和2、10、18和28GHz频率下的阴影衰落

相比之下，本研究的重点在于无线电波传播的环境建模精度。众所周知，在毫米波频率下，物理上的小物体由于其电气尺寸大而开始影响无线电波传播，这证实了需要更详细的环境三维模型[6]。虽然[6]c[8]等作品试图使用基于光识别探测和测距（LiDAR）的环境三维点云模型来更好地预测毫米波频率下的无线电波传播，但在这项工作中，我们使用了基于无人驾驶飞行器（UAV）的摄影测量模型来研究预测精度。通过一个更简单的三维几何模式得到的证明

穿过毫米波段的短波长使低频率的电小物体成为相当大的散射源，在发射器和接收器之间产生额外的多径分量（MPC）。在实际应用中，这种路径可以提高信道性能，并可能被定向天线利用。然而，在硬件设计或设备安装之前，必须进行仔细的初步评估。这种预估计的一个有吸引力的方法是使用确定性的基于光线的方法进行模拟，这种方法需要一个精确的三维计算机辅助设计（CAD）环境模型和特定的天线位置。光线跟踪（RT）以及放炮和反弹光线（SBR）属于模型组，对场景的详细组成非常敏感。

根据高频理论[9]，只有当物体远大于波长时，射线与物体的相互作用才可能发生。因此，当需要在毫米波频率下进行精确的RT/SBR模拟时，确定一种捕获特定三维环境的廉价、快速和精确的方法至关重要。我们之所以选择SBR方法，是因为它在复杂的传播场景中更有效地工作（与基于图像的RT方法相比），在复杂的传播场景中，需要非常详细的阐述。

通常用于无线电波传播模拟的模型由简单的几何图形[11]组成，仅捕获环境几何中的主要因素。摄影测量学是一种利用两张或多张照片重建不同物体三维模型的技术，是提高覆盖预测质量的潜在方法之一[12]。据我们所知，目前还没有关于无人机应用高精度摄影测量模型进行无线电波传播预测的研究。高精度的三维模型可能包括环境的所有较小细节，从而显著提高RT/SBR模拟的结果。这种三维模型也可以用激光雷达技术重建

5、Circular Micro-SAR for mini-UAV

微型无人机的圆形微型合成孔径雷达
*2018 15th European Radar Conference (EuRAD)

Abstract

本文介绍了一种专为小型无人机平台设计的新型多功能雷达。多道雷达是全方位的，在雷达和飞行操作中具有很大的灵活性。已经建立了一个演示器，重800克，耗电25W。该系统可以演示灵活的SAR、GMTI和新型传感模式。

Introduction

小型无人机的有效载荷只有几公斤，越来越多地被用于多种传感任务，并配备了许多不同类型的小型传感器。雷达的好处是众所周知的，但很少有雷达系统存在于这类平台，因为大多数雷达系统的尺寸和功率要求。TNO在小型多通道雷达系统的设计和运行方面积累了广泛的经验，例如先进SAR和GMTI模式的琥珀色系统[1,2]以及地面近程监视任务[3]。对于小型无人机平台，我们设计了一种新的雷达传感器，其有效载荷能力约为几千克，既允许常规的多波束合成孔径雷达（SAR）模式，又允许地面移动目标指示（GMTI）模式。32通道全向设计（正在申请专利）与现有的任何小型SA都大不相同。

6、Design of a millimetre Synthetic Aperture Radar (SAR) onboard UAV’s

无人机上毫米合成孔径雷达的设计
2007 14th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems

Abstract

本文介绍了一种毫米波段近距离（2公里）高分辨率（30x30平方厘米）合成孔径雷达（SAR）传感器的设计，用于无人飞行器（UAV）上。其新颖之处在于建立了新的和非常苛刻的要求，这是由于需要在低成本的空中平台上安装，因此，很容易在许多军事和民用应用中使用，提供了这些传感器对抗光电的基本优势：在任何时间（白天和夜间）使用它们的可能性。）在任何气象条件下

Introduction

本文介绍了一项研究成果，旨在分析合成孔径雷达（sar sensor，synthetic aperture radar）的可行性，该雷达的重量、体积和消耗足以使其在低有效载荷的无人机（uavs）上使用。因此，无论是暴露在外的限制条件下的机载平台的需求，还是图像分辨率和质量方面的高要求，都相应地提出了非常苛刻的要求。

准确地说，设计的原型将在毫米波段（35GHz）工作。该波段在实现对低频或光学的高分辨率雷达（HRR）系统方面具有以下优势
所有这些特性将这项技术完美地转化为拟议的应用[1]。距离和方位分辨率为1米的分辨率包括使用大带宽信号和合成孔径天线。高分辨率图像雷达的主要优点是增加了系统的可用信息，以检测、定位和识别所有类型目标的存在，因为形成真实目标的多个反射镜可以在接收过程中进行分割。

7、Design of Portable Jammer for UAV Based on SDR

SDR software defined radio 软件定义无线网络
Design of Portable Jammer for UAV Based on SDR
2018 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology (ICMMT)

Abstract

无人机的非注册飞行对低空空域的安全提出了新的挑战。提出了一种基于软件无线电（SDR）的无人机干扰方案，为无人机的监控和实施提供了一种手段。该方案首先利用产生的GPS干扰为无人机提供虚拟位置信息，然后利用扫频干扰抑制无人机通信信号。实验证明了该设计的可行性

Introduction

无人机技术的发展及其在消费领域的普及，使其在低空空域的影响力越来越大。消费者无人机因非法航拍、运输毒品、恐怖袭击等原因被改装，无人机干扰机场延误甚至与飞机直接相撞的现象屡见不鲜。无人机对社会安全和公共安全构成了严重威胁。因此，有必要实施无人机的强制性监督手段。

在分析现有无人机干扰技术的基础上，结合应用现状，提出了一种基于软件无线电的便携式无人机干扰机，旨在干扰导航和通信信号。利用产生的GPS信号干扰导航信号，利用扫频抑制信号抑制通信信号。为了验证这一结果，我们进行了一系列无人机实验

8、HIGH RESOLUTION W-BAND UAV SAR

2012 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium

Abstract

一种小型毫米波雷达，米兰达，用于小型无人机上的合成孔径雷达，是在无人直升机上设计、制造和测试的。设计遵循调频-连续波原理，以获得最大可能的平均发射功率，从而获得最佳的测距性能。这里描述的实验是在94GHz的中心频率下进行的。基于光纤陀螺的高质量惯性系统保持了必要的精度，以实现高分辨率的SAR成像。原始数据通过一个普通的模拟数据链路传输到地面站，在那里进行A/D转换、预处理，最后进行实时SAR聚焦算法。除快速查找处理外，存储的数据还可以进一步应用高质量的SAR处理。本文介绍了设计原理，并给出了飞行试验结果。

Introduction

现在的遥感技术可以依靠一个非常宽频的传感器清单，从可见光和红外到雷达。不同的应用以及农业或交通监测区域的常规调查，如灾后遥感的紧急要求，只能由机载传感器提供服务。不同的物理效应，允许感知地球表面的特定特征，作为有关环境条件或技术要求的要求，是选择某种传感器类型或通常选择传感器套件的决定因素，必须加以考虑。此外，正如福岛核事故所显示的那样，在危险地形上无人操作可能是至关重要的，这在许多军事应用中是显而易见的。雷达是机载遥感中正在考虑的传感器类型之一。带宽和工作频率是决定地面特定特征分辨率、天线尺寸、可用输出功率和灵敏度的关键参数。毫米波雷达允许一个紧凑的设置，使用MMIC技术，并允许使用具有足够增益的小天线。此外，毫米波雷达对散射面的小尺度变化非常敏感，并提供小尺度变化的信息，而对于传统雷达来说，在更传统的频率（如X波段）下，这种变化是不可见的。目前，许多其他的应用，主要涉及汽车应用和安全，可以通过毫米波雷达服务。这意味着，一项技术是可行的，它允许雷达小型化，只有有限的有效载荷是可能的。此外，采用最新的固态技术也可以实现宽带性能，这是高分辨率雷达的关键参数。此外，低噪声性能允许在不降低信噪比的情况下降低发射功率，从而避免了昂贵和沉重的发射技术。

9、Temporal and Spatial Characteristics of mmWave Propagation Channels for UAVs

无人机毫米波传播通道的时空特性
2018 11th Global Symposium on Millimeter Waves (GSMM)

Abstract

无人飞行器（UAV）被设想为未来5G通信系统的一个组成部分。无人机为不同地点的用户提供服务的灵活特性有助于动态优化未来网络中的覆盖范围和服务质量（QoS）。在这项工作中，我们利用无线Insite光线追踪软件的全向天线，探索了28 GHz环境条件下毫米波-空中合成（AG）视线（LOS）传播通道的小尺度时空特性：密集的城市、郊区、农村和海上。我们将接收到的多路径组件（MPC）分为持久组件和非持久组件。银传播通道的小尺度时间和空间特性取决于散射特性：数量、分布和几何。此外，发现不同环境下MPC在时间和空间域的聚类依赖于散射特性和接收灵敏度。当无人机的高度与散射体的高度相当时，我们观察到较大的时间和角度扩散

Introduction

近年来，民用无人机的使用呈指数增长[1]。在无人机上确保可靠的宽带连接对于广泛的使用案例至关重要。利用现有4G LTE网络提供服务的无人机最近已经受到学术界和标准化组织的广泛关注。使用毫米波频率的5G技术将允许无人机提供更高的吞吐量服务。据我们所知，迄今为止，在不同部署环境下的毫米波空对地（AG）通信信道还没有得到广泛的研究

现有的高频率银传播信道的文献大多涉及到远距离卫星链路。对于使用无人机进行的相对较短距离的毫米波通信，其传播信道特性将有显著差异。一个主要的区别在于地面上的分散者的贡献。在长距离银传播链路中，与短距离银传输链路相比，散射体的影响较小，特别是在密集的城市地区。此外，在短距离银传播通道的情况下，大气效应相对较低。在[11]中，概述了正在为使用毫米波频率的地面5G网络开发的当前信道模型。关于使用毫米波的未来信道模型的类似研究，见[12]，而[13]则对无人机的Ag传播信道进行了全面的调查.

本文是[5]的一个扩展，研究了不同环境条件下28GHz下的时间色散和大尺度传播特性。在这里，利用无线InSite射线追踪软件分析了Denseurban、郊区、农村和海上场景中毫米波传播通道在时间和空间域的小尺度特性（与仅考虑时间域特性的[5]相比）。对毫米波Ag传播通道的分析表明，接收到的多径分量（MPC）可分为持久分量（包括视距和地面反射分量（GRC））和非持久分量（包括所有其他非视距分量（NLOS））。持久组件的特性主要取决于设置的几何结构，并且对于无人机的给定轨迹是可预测的。另一方面，非持久性部件的统计数据沿着无人机轨道随机进行，除了设置的几何结构外，还取决于地形覆盖的特性。

10、UAV IMAGE TRANSMISSION SYSTEM BASED ON SATELLITE RELAY

2004 4 International Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology Proceedings*

Abstract

基于卫星中继的无人机图像传输系统在遥感应用中具有十分重要的意义，本文提出了一种实用的无人机图像传输系统，讨论并确定了该系统的一些关键技术指标，如飞机上行链路传输功率、图像传输速率、卫星下行链路传输功率等。R等等。对图像压缩子系统及其电路设计进行了深入的分析，实验结果表明该图像传输系统是可行的

Introduction

与传统的卫星遥感图像采集相比，无人机遥感图像采集具有经济性和灵活性。这是近年来发展起来的。通常遥感图像只能在无人机返回着陆前使用。一些最新的无人机可以通过甚高频或超高频链路将图像传输到附近的地球接收器。当无人机导航超出地球接收机的通信能力时，需要空中无线中继链路，以提供持久的图像传输。选择无人机作为空中数据中继节点具有灵活性强、兼容性好、成本低等优点，它在装载能力和导航高度等方面受到限制，应用前景十分广阔。与无人机空中数据中继相比，卫星数据中继具有更大的覆盖范围和稳定的无线信道性能。它可以提供远距离图像传输和良好的图像质量。因此，本文研究了基于卫星通信系统的无人机图像传输在遥感应用中的应用。