63090字硕士毕业论文基于灾害现场定位和搜救技术的无线信道研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：63090字

论点：信道,定位,灾害

论文概述：

本文是无线电论文，主要提出了灾害现场无线探测定位的系统方案及其关键技术解决思路，建立了一种可用于分析灾害环境无线信道的模型及时域模型直观上给出了信道两端收发信号的解析关系

论文正文：

第一章简介

1.1背景和意义
本课题基于现有的无线定位技术，着眼于未来实际应用的前景，提出新的思路和方法，以满足自然灾害和事故现场环境下人员搜救的需求。利用目前广泛使用的移动通信设备，搭建信号检测和接收平台，建立复杂环境下的信道传播模型，通过高精度定位算法求解目标位置。最终目标是实现高精度的手机定位系统。无线电定位技术是射频技术的一种重要形式。该技术使用无线电信号的电参数来获得定位参数，然后使用适当的定位算法来计算目标[1]的位置。它已广泛应用于军事任务、公安执法、车辆导航、应急救援等地方。今天的无线定位系统可以大致分为主动定位系统和被动定位系统。主动定位系统的代表性技术主要包括全球定位系统、全球定位系统、辅助全球定位系统(AGPS)、基于位置的服务(LBS)、无线定位系统等。不可否认，上述定位系统大大提高了人们的工作效率和生活质量。然而，它们主要解决在广泛的相对简单的通道中的定位问题，并且定位精度通常在3米到20米之间。此外，活动定位需要用户或移动设备上的客户端程序发起定位请求，这使得它不适用于灾难和事故场景。无源定位系统的代表性技术主要包括超宽带定位系统和射频识别无源定位技术。本发明具有定位精度高、成本低、抗干扰能力强等特点，非常适合室内复杂环境。然而，它们的应用需要将定位标签等终端设备嵌入到要预先定位的对象中，以实现定位，因此它们只能应用于管理场合。

1.2国内外研究现状及存在的问题
本课题的研究应用于灾害搜救场合复杂通道环境下的探测定位系统。由于其应用的特殊性和自身技术的挑战，国内外在该领域的研究工作相对较少。被动定位技术在中国的发展相对较晚。我国一些高校正在从事基于移动通信的蜂窝网络无线定位技术的研究。例如，西安电子科技大学电子对抗研究所开展了被动定位与跟踪的研究，并取得了一定的成果。特别指出的是，由我的本科老师刘从峰教授带领的团队正在进行被动定位算法的研究，其研究定位方法值得向[3]学习。
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第二章灾害现场无线探测与定位技术

2.1灾害无线探测关键技术
图2.1展示了我们建立的定位系统的研究方案。一方面，探索了受害者手机和灾难现场接收系统组成的无线环境的信道特性，并采用合适的软件仿真建立了信道参数传播模型。同时，利用现场测量方法获得信道参数统计并建立数据库，从而总结无线信道的传播规律。一方面，建立信号接收平台，探测和检测受害者携带的手机信号，获取接收信号的功率和延时等信息。最后，通过测量信号到达参数信息(如振幅衰减、时间延迟等)。)和无线信道的传播规律，开发适当的定位算法来计算移动电话信号源的位置，该信号源最终被传输到计算机或其他终端进行显示。

2.2无线定位技术
近日，中国成功开发了一种主动定位与通信系统，即北斗卫星导航系统，该系统能够为全球各类用户提供全天候、全天定位、导航和定时服务，具有高精度和高可靠性，同时还具备短信通信能力。2011年12月27日，中国政府正式宣布北斗卫星导航系统试运行。该系统向全世界提供免费定位、速度测量和计时服务。定位精度为10米，测速精度为0.2米/秒，计时精度为10纳秒。北斗系统已广泛应用于交通、通信、电力、金融、气象、海洋学、水文监测等方面。特别是，它在2008年南方的冰冻灾害、四川的地震救援和青海的玉树地震中发挥了巨大作用。这是我国主动导航定位技术里程碑式突破中的一个重要里程碑。
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第3章无线信道建模与仿真分析........25
3.1无线信道的数学建模……25
br/]第4章无线信道测试实验……49
4.1无线信道测试方法……49
第5章总结并期待……63

第4章无线信道测试实验

4.1无线信道测量方法
直接脉冲信道测量可以给出信道在时域中的功率延迟分布PDP。测量平台如图4.1所示，包括收发器天线、脉冲发生器、放大器和数字示波器。为了精确测量信道的时域特性，发射信号的脉冲宽度必须足够窄，以便多径信号不会重叠，并具有足够的时间分辨率。一般采用高斯脉冲波形及其变换形式。如果数字示波器设置为平均模式，它可以直接给出通道的功率延迟分布。

4.2无干扰环境下的信道测试
为了测量无干扰环境下无线信道的传播参数，我们首先在微波暗室中进行了一系列实验。仪表测试如图4.3所示。该测量方案以频谱分析仪为核心设备，可以测量到达接收端的信号的功率、幅度、信号功率谱密度等信息。它可用于分析信道的传播路径损耗，并进一步探索信道的大规模衰落特性。
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第五章总结与展望

我们提出的灾害无线探测与定位方案需要从手机信号诱导传输、信号接收与探测、灾害信道传播规律和无线定位算法四个方面进行研究与开发。本文详细讨论了灾害定位系统的关键技术及其解决方案，重点研究了无线信道传播规律的仿真和测试。总结全文，本文取得的研究进展如下:1 .提出了灾害现场无线探测定位系统方案及其关键技术解决方案。2.建立了灾害环境分析的无线信道模型。时域模型直观地给出了信道两端收发信号之间的分析关系，而频域全极点随机过程模型可以解释信道多径分量对信道频率响应的影响，表征障碍物的多径效应。由全极点模型预测的信道频率响应可以与测量仪器对应的傅立叶估计值很好地一致。3.详细分析和探索灾难现场可能存在的各种物质障碍对信号传播的影响，包括穿透和反射效应。通过理论数值计算、模拟和测量，材料渗透损失的理论值与一些实测值接近。多层障碍物的穿透效果可以用统计方法预测，而复杂不规则的障碍物分布由于其不规则性而难以从理论上研究，只能通过场景模拟和整体通道测量来研究。4.在受灾现场进行场景模拟和软件模拟，设计多频手机天线，分析手机信号被障碍物遮挡时的信号分布和辐射规律。在本文中，手机被潮湿的土壤、干燥的土壤、砖块、人体等阻挡或包围。用全射线跟踪法分析其影响，用有限元法模拟分析真实手机多频天线的信号辐射。
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参考文献(省略)