车体横向振动对高铁光通信指向误差的影响

为研究在高速列车场景下车体横向振动对自由空间光(free space optical,FSO)通信指向误差的影响,首先利用TB/T 3352—2014《高速铁路无砟轨道不平顺谱》中的轨向、轨距不平顺功率谱推导出横向合成不平顺谱公式,用谱公式仿真生成横向合成不平顺数据;其次建立1/4车体3自由度横向车体振动模型,使用拉普拉斯变换推导出车体横向振动微分方程组的传递函数,搭建车体振动的Simulink仿真模型,推导车体横向位移的功率谱密度(power spectrum density,PSD),经统计得出仿真车体横向位移的概率密度函数(probability density function,PDF);最后利用车体横向位移PDF推导其导致的指向性误差的PDF。仿真验证了轨道横向合成不平顺谱公式、车体横向位移的PSD和PDF,以及横向位移导致的指向性误差的PDF。本研究获得的指向性误差的PDF可用于高铁FSO通信链路的信道建模和系统性能分析。