特殊環(huán)境下超寬帶傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距與定位算法研究.pdf

1、近年來一系列礦難事故的發(fā)生，令礦井等特殊環(huán)境下人員的定位與搜救受到廣泛關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為井下通信提供了一種動(dòng)態(tài)快速的組網(wǎng)方式。超寬帶無線電技術(shù)(Ultra Wide Band，UwB)具有低功耗，高速率，抗多徑和干擾，測(cè)距和定位能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適合井下復(fù)雜多變的通信環(huán)境。因此，超寬帶傳感器網(wǎng)絡(luò)為井下通信和定位提供了可行的方案。本文主要研究特殊環(huán)境下超寬帶傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距與定位算法。 首先，介紹了UWB無線電技術(shù)的概念、特點(diǎn)

2、和研究現(xiàn)狀。分析比較了UWB脈沖的產(chǎn)生方式、信號(hào)的調(diào)制方式、信道模型、現(xiàn)有測(cè)距和定位算法以及信道接入方式，選擇了適當(dāng)?shù)腢WB通信方式和井下定位策略。 跳時(shí)超寬帶(Time Hopping UWB，TH-UWB)是一種無載波UWB系統(tǒng)，性價(jià)比高，其隨機(jī)跳時(shí)碼(Time Hopping Code，TH)可以在井下環(huán)境中解決多用戶干擾的問題。本文將TH-UWB技術(shù)用于井下通信，根據(jù)信號(hào)在井下的傳播特點(diǎn)，參考IEEE802.15.4a信

3、道模型，對(duì)其中的室內(nèi)信道的建模方式進(jìn)行了改進(jìn)，考慮了井下不同區(qū)域和位置對(duì)數(shù)正態(tài)陰影的影響，提出一種類室內(nèi)環(huán)境的井下UWB對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型。在此模型基礎(chǔ)上，提出基于最大似然估計(jì)的接收信號(hào)強(qiáng)度(Received signal Strength Indication，RSSI)測(cè)距方法，提高了井下RSSI測(cè)距的穩(wěn)定性。推導(dǎo)了RSSI測(cè)距的Cramer-Rao下界，用于評(píng)估RSSI測(cè)距算法的性能。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，井下RSSI測(cè)距算法

4、在測(cè)距精度和穩(wěn)定性上得到了很大提高。 在井下信道模型和測(cè)距算法研究基礎(chǔ)之上，推導(dǎo)了測(cè)距和定位之間的關(guān)系，提出井下超寬帶傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法。通過在定位過程中引入穩(wěn)定的井下RSSI測(cè)距方法，改進(jìn)最小均方誤差定位算法，降低了定位對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的依賴，保證了定位的精確性。同時(shí)充分利用TH-UWB中TH碼的多址特點(diǎn)，采用跳時(shí)-碼分多址(Time Hopping-Code Division Multiple Access，TH-CDMA)的介