無人機(jī)掛載信道測量系統(tǒng)是基于軟件無線電平臺構(gòu)建了空地一體化信道測量系統(tǒng)，其中：空中發(fā)射平臺采用SDR-LW 2974實時發(fā)送可配置的ZC（Zadoff-Chu）序列探測信號（支持5/10/20MHz帶寬動態(tài)切換），通過無線信道傳輸后，由地面接收站的USRP-LW X310（搭載TwinRX子板實現(xiàn)多通道同步接收）完成信號的實時采集、處理及存儲。

發(fā)射端和接收端都配備了恒溫晶體振蕩器OCXO和外接GPS天線，可以獲得時間和位置信息，當(dāng)USRP設(shè)備搜索到GPS衛(wèi)星并鎖定時，發(fā)射端和接收端之間的頻差在極低水平， 從而降低了獲得的信道沖激響應(yīng)的載波頻率偏移（Carrier Frequency Offset，CFO）和時間偏移（Tming Offset，TO）的影響，而確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。

圖1 系統(tǒng)搭建框圖

(1)發(fā)射端

固定的ZC恒包絡(luò)序列，帶寬5M、10M、20M，采樣率：5MHz、10M、20MHz

(2)接收端

帶寬：5M、10M、20M

采樣率：4倍過采樣，與帶寬對應(yīng)為20M、40M、80M

頻率：45M、250M、600M、1.1G、5.5G

采集時長：20min

(3)采集模式MIMO、SISO配置

1*1，1*2，1*4，2*1，2*2，2*4切換（通道可設(shè)置）。2天線發(fā)送時，發(fā)送天線端口#1與發(fā)送天線端口#2傳輸不同的序列（相互正交），便于在接收端分離信道。

(4)流盤存儲機(jī)制

1s-5s周期更新監(jiān)測窗口，根據(jù)頻譜判斷是否正確接收信號，決定開始流盤。以下兩種方案均實現(xiàn)。

方案一：自動觸發(fā)式：計算采樣點功率的滑動平均（10000點），預(yù)設(shè)門限T，當(dāng)連續(xù)10/50個平均值均超過門限T則認(rèn)為收到有效信號，開始流盤，并以指示燈表示開始。同時記錄流盤的第一個樣點的時間戳，手動按鈕控制結(jié)束，記錄最后一個樣點的時間戳（即記錄開始和結(jié)束時間）。

方案二：人為觸發(fā)式：每1s-5s探測一個通道的頻譜，GUI顯示，人為觀察決定是否流盤（手動按鈕控制開始和結(jié)束）。記錄第一個流盤樣點的時間戳，最后結(jié)束時記錄最后一個流盤樣點的時間戳（即記錄開始和結(jié)束時間）

(5)實時顯示和記錄GPS信息，顯示GPS有無失鎖

經(jīng)緯度、高程等信息

(6)輸出數(shù)據(jù)格式

直接輸出float32

（1）一臺上位機(jī)

按需配置的高性能服務(wù)器，I7 9700，16 GB內(nèi)存，提供強(qiáng)大的計算處理能力。

（2）兩臺可編程SDR（USRP-LW X310、SDR-LW 2974）

圖2 USRP-LW X310(兩塊TwinRX子板)

圖3 SDR-LW 2974

采用USRP-LW X310，搭載兩塊TwinRX子板實現(xiàn)多通道同步接收；采用無人機(jī)掛載SDR-LW 2974，實現(xiàn)空中發(fā)射平臺發(fā)送可配置的ZC（Zadoff-Chu）序列探測信號。

（3）無人機(jī)（FC100）

采用大疆DJI大型載重?zé)o人機(jī)FlyCart100套裝80公斤運輸機(jī)，用于掛載SDR-LW 2974。

（4）兩套天線

機(jī)載端0-650MHz全頻段天線、地面端5G天線（600-6000MHz）

（5）一套信號采集與發(fā)射軟件

C++開發(fā)的QT信號采集與發(fā)射軟件。

（1）射頻的連接

發(fā)射端采用一臺SDR-LW 2974（通過射頻線纜連接0-650MHz全頻段天線）用定制的加固機(jī)箱掛載到無人機(jī)上，向地面端實時發(fā)送可配置的ZC（Zadoff-Chu）序列探測信號；采用1臺USRP-LW X310模擬接收端，通過射頻線纜連接USRP-LW X310與5G天線（600-6000MHz）。

（2）數(shù)據(jù)的連接

上位機(jī)與USRP-LW X310之間使用萬兆光纖通過SFP+接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；軟件層面部署C++開發(fā)的QT信號采集與發(fā)射軟件。

（1）MIMO/SISO信道測量

可配置的射頻通道：支持1×1至2×4的MIMO/SISO模式靈活切換（X310搭配TwinRX-LW子板可實現(xiàn)4個接收通道）

正交信號收發(fā)： 在2天線發(fā)射時，X310通過兩個獨立通道同步發(fā)送正交序列，實現(xiàn)信道矩陣的分離測量

實時模式切換： 可通過軟件指令快速調(diào)整通道配置，滿足不同天線組合的測試需求

（2）觸發(fā)式流盤機(jī)制

方案一（自動觸發(fā)）：基于功率門限檢測有效信號；通過FPGA硬判決實現(xiàn)無人值守采集

方案二（人工觸發(fā)）：通過GUI實時監(jiān)測頻譜，靈活應(yīng)對復(fù)雜電磁環(huán)境

穩(wěn)定流盤： 萬兆網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)傳輸能力與 SSD陣列 存儲方案，可穩(wěn)定實現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的零丟失流盤

圖4 QT信號采集與流盤軟件

無人機(jī)掛載信道測量系統(tǒng)可用于 5G/6G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、應(yīng)急通信評估、車空協(xié)同設(shè)計及航空航天通信優(yōu)化等場景。