特殊環(huán)境下超寬帶傳感器網絡測距與定位算法研究.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注。無線傳感器網絡的出現為井下通信提供了一種動態(tài)快速的組網方式。超寬帶無線電技術(Ultra Wide Band，UwB)具有低功耗，高速率，抗多徑和干擾，測距和定位能力強等特點，適合井下復雜多變的通信環(huán)境。因此，超寬帶傳感器網絡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絡測距與定位算法。 首先，介紹了UWB無線電技術的概念、特點

2、和研究現狀。分析比較了UWB脈沖的產生方式、信號的調制方式、信道模型、現有測距和定位算法以及信道接入方式，選擇了適當的UWB通信方式和井下定位策略。 跳時超寬帶(Time Hopping UWB，TH-UWB)是一種無載波UWB系統(tǒng)，性價比高，其隨機跳時碼(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技術用于井下通信，根據信號在井下的傳播特點，參考IEEE802.15.4a信

3、道模型，對其中的室內信道的建模方式進行了改進，考慮了井下不同區(qū)域和位置對數正態(tài)陰影的影響，提出一種類室內環(huán)境的井下UWB對數距離路徑損耗模型。在此模型基礎上，提出基于最大似然估計的接收信號強度(Received signal Strength Indication，RSSI)測距方法，提高了井下RSSI測距的穩(wěn)定性。推導了RSSI測距的Cramer-Rao下界，用于評估RSSI測距算法的性能。通過理論分析和實驗驗證，井下RSSI測距算法

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