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作者：艾晨宇西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,U AV)在现代通信网络中扮演着越来越重要的角色,尤其是在灾难后的通信恢复、军事通信以及偏远地区的通信。无线紫外光通信具有抗干扰能力强、保密性好等特点,适合在特定的军事和紧急通信场景中使... 详细信息

近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,U AV)在现代通信网络中扮演着越来越重要的角色,尤其是在灾难后的通信恢复、军事通信以及偏远地区的通信。无线紫外光通信具有抗干扰能力强、保密性好等特点,适合在特定的军事和紧急通信场景中使用,传统的紫外光通信设备部署成本高且不易于调整,限制了其应用范围。无人机的灵活性为解决这一问题提供了新的可能,通过无人机搭载紫外光通信设备,可以动态调整无人机的位置,以应对不同的通信需求和环境变化,结合紫外光通信技术,无人机可以有效地提高网络的覆盖范围和数据传输质量。本文针对复杂环境中无线紫外光协作无人机通信覆盖与中继部署问题,为不同的应用场景建立紫外光通信模型,分别研究了无线紫外光协作的无人机通信覆盖算法与中继部署算法。主要的研究内容如下:(1)在强电磁干扰环境下利用无人机覆盖地面用户从而提供通信服务。在无人机与用户之间构建了稳定且难以被探测的通信链路。提出了一种基于局部密度的K-means聚类覆盖算法,首先改进了传统K-means算法的损失函数,在最小化平方误差的基础上增加无人机的连通度项,保证满足覆盖率的前提下使得无人机基站处于连通状态,其次提出了局部密度的定义公式,并通过一个启发式决策函数来确定初始簇中心的选择,通过仿真验证了不同用户分布场景下算法的性能,仿真结果表明经过该启发函数选择的初始簇中心的初始覆盖率增加了 31.6%,相比标准K-means算法和FSFDP算法本文所提算法覆盖率提高了 7.2%和 4.3%。(2)针对复杂战场环境中的远距离通信问题,通过灵活部署中继无人机为远距离节点间建立稳定可靠的通信链路。利用无线紫外光辅助无人机间通信,建立无线紫外光串行多跳中继通信模型,并提出了基于路径损耗的中继选择策略,保证在满足紫外光通信链路稳定性的条件下选择最少数量的中继无人机从而减小能量消耗。考虑中继无人机的轨迹规划问题,利用改进的粒子群算法在避开障碍物的前提下搜索中继无人机的最优部署位置,从而构建紫外光多跳中继通信链路,同时考虑部署距离代价,障碍物威胁代价和通信代价,通过仿真验证了存在障碍物场景下的无人机中继部署,实现源节点到目的节点的可靠通信。实验结果表明,最终部署与初始部署相比紫外光通信路径损耗降低了 12.5%;当发射光功率为50mW时,系统频谱效率与同类算法相比增加了 48.9%。综上所述,本文将无线紫外光通信与无人机辅助通信相结合,通过智能算法有效提升了通信覆盖性能和通信链路的可靠性。为无人机在复杂环境下的应用提供了坚实的理论和实践基础,展示了无人机技术在未来通信网络中的广泛应用潜力。

关键词：无人机无线紫外光通信通信覆盖中继部署

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无线紫外光协作无人机编队集结控制方法研究

无线紫外光协作无人机编队集结控制方法研究

作者：王一琼西安理工大学

学位级别：硕士

随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术的飞速发展和日益完善,无人机编队在军事领域展现出了广泛的应用潜力,包括情报收集、监视侦查、目标打击和电子战等方面。为了保证无人机编队在作战过程中的通信安全和隐秘性,无线紫外光(Ul... 详细信息

随着无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术的飞速发展和日益完善,无人机编队在军事领域展现出了广泛的应用潜力,包括情报收集、监视侦查、目标打击和电子战等方面。为了保证无人机编队在作战过程中的通信安全和隐秘性,无线紫外光(Ultraviolet,UV)通信技术作为一种新兴的通信手段,其具有抗电磁干扰性强、非直视(Non-Line-of-Sight,NLOS)通信和窃听风险低等特点,已成为无人机在面对复杂电磁干扰环境时进行通信传输的解决方案。因此,本文将研究无线紫外光协作无人机在航迹规划和编队集结等关键问题。主要研究内容如下:(1)为了解决无人机航迹规划方面的问题,提出了改进蚁群算法的无人机预警航迹规划方法。根据紫外光的通信距离与其接收到的光功率强弱,将无人机的飞行领域分为探测区、通信区和预警区,使无人机能够感知无人机的目标位置和障碍物的位置。在传统蚁群算法的基础上,改进了蚁群算法的转移规则、启发因子、期望启发因子和信息素挥发因子,并增加了引导系数,优化了信息素的更新浓度。通过实验仿真对比传统蚁群算法(Ant Colony optimization,ACO)、改进启发因子的蚁群算法(Q-ACO)以及在Q-ACO算法的基础上增加引导因子(TQ-ACO)这三种算法在二维环境下的无人机航迹规划效果,结果显示,Q-ACO算法和TQ-ACO算法的路径长度均有所减小,其中,最短路径长度分别减小了23.46%和27.72%,平均路径长度分别减小了9.93%和21.09%。同时,通过实验仿真了在三维环境下无人机的航迹规划过程中蚁群数量、启发因子和期望启发因子对算法性能的影响,验证了本文所提算法具有更好的可行性和稳定性。(2)为了实现编队集结过程中的稳定通信,利用搭载在无人机上的紫外信标引导装置,实现无人机编队的机间通信和编队集结,以确保无人机编队间的信息交互。同时,在强电磁干扰环境下,当领航无人机执行悬停或者圆周飞行任务时,跟随无人机作为中继节点继续执行编队集结任务,增大无人机之间相互发现概率,确保跟随无人机能够快速抵达指定集结区域并准确形成期望编队队形。最后,通过仿真实验对比了在没有无线紫外光中继协作和有无线紫外光中继协作的情况下,形成三种期望编队队形的可靠性分别提升了7.69%、9.41%和10.0%。综上所述,本文结合无线紫外光通信解决了无人机航迹规划和编队集结问题,为无人机编队飞行提供了有力保障。

关键词：紫外光通信无人机蚁群算法航迹规划编队集结

紫外光协作无人机任务分配和路径规划算法研究

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紫外光协作无人机任务分配和路径规划算法研究

作者：刘阳西安理工大学

学位级别：硕士

随着无人机技术不断发展,无人机的任务分配和路径规划是当前的研究热点问题。任务分配旨在为每个无人机提供合理且无冲突的分配方案,并且最大化任务执行率;路径规划过程中无人机不仅需要避开威胁区域安全到达目的地,而且要避免机间碰撞... 详细信息

随着无人机技术不断发展,无人机的任务分配和路径规划是当前的研究热点问题。任务分配旨在为每个无人机提供合理且无冲突的分配方案,并且最大化任务执行率;路径规划过程中无人机不仅需要避开威胁区域安全到达目的地,而且要避免机间碰撞。无线“日盲”紫外光由于具有良好的保密性能以及抗干扰能力,能够为无人机机间提供一种可靠的通信手段。本文针对多无人机协同任务分配问题,通过改进粒子群算法实现任务分配成功率最大化;针对无人机路径规划问题,通过改进灰狼优化算法最小化无人机的飞行路径长度,保障无人机飞行安全。本文的主要工作如下:(1)改进粒子群算法的多无人机协同任务分配问题,利用无线紫外光非直视通信实现无人机机间隐秘信息传输,综合考虑无人机的能耗、完成任务所付出的威胁代价以及多无人机协同完成任务的时间等因素,对多无人机协同任务分配问题进行数学建模。通过引入压缩因子来平衡粒子群算法的全局和局部收敛能力;针对迭代后期粒子种群多样性减少的问题,引入差分进化算法中的变异、交叉和选择思想,为多无人机协同提供一种无冲突的任务分配策略。仿真结果表明,相较于传统的粒子群算法,改进的粒子群算法在不同无人机和任务数量比下的任务分配成功率提高了约16%,最优适应度值平均减少了 50%。(2)改进灰狼优化算法的无人机路径规划问题,设计了一种8方向紫外收发结构指引无人机进行机间避碰,考虑单无人机和多无人机协同两种应用场景,设计不同的适应度函数。在单无人机路径规划中,仅需要考虑无人机的自身能耗、敌方威胁代价以及飞行高度,多无人机路径规划还要考虑多机协同的时间以及机间碰撞。使用灰狼优化算法进行寻优,优化控制参数以平衡算法的全局和局部搜索能力;引入随机游走策略增强灰狼优化算法搜索策略多样性;利用一种动态位置更新和静态位置更新相结合的策略来提高算法的寻优精度。仿真结果表明,本文改进的算法相较于传统的灰狼优化算法在多无人机二维场景路径规划中的路径长度减少了约3.9%,收敛时的迭代次数减少了约63%。综上所述,本文改进的多无人机任务分配方法能够为多无人机提供一种合理的无冲突的任务分配方案,改进的灰狼优化算法不仅能够实现单个无人机和多无人机协同路径规划,而且在二维和三维场景下都具有较好的性能,为无人机任务分配和路径规划都提供了可靠的策略。

关键词：无线紫外光通信无人机任务分配路径规划灰狼优化算法

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无线紫外光散射的深度学习信道均衡方法研究

无线紫外光散射的深度学习信道均衡方法研究

作者：孙玉歆西安理工大学

学位级别：硕士

无线紫外光通信系统利用紫外光的强散射特性实现非直视通信,但在紫外信息的传输过程中存在较为严重的码间干扰与光束衰减问题。为提升紫外通信系统性能,本文研究了一种针对无线紫外光散射通信的信道均衡技术,通过深度学习框架对紫外光... 详细信息

无线紫外光通信系统利用紫外光的强散射特性实现非直视通信,但在紫外信息的传输过程中存在较为严重的码间干扰与光束衰减问题。为提升紫外通信系统性能,本文研究了一种针对无线紫外光散射通信的信道均衡技术,通过深度学习框架对紫外光信号进行高度自主的特征提取,从而准确恢复不同信道模型下的原始信号,进而增强紫外光信息传输的可靠性。主要研究工作包括:(1)构建了无线紫外光非直视单次散射信道模型,并提出了一种基于混合神经网络的紫外光散射信道均衡方法。该方法将具有强大时间序列特征学习能力的长短期记忆网络与深度神经网络结合来组成均衡网络训练框架,利用滑动时间窗口处理紫外信号以形成网络数据集。仿真结果显示,信噪比大于11dB时,该算法较最小均方算法和递归最小二乘算法误码率可降低1到2个数量级,均方误差可降低0.5个数量级以上;与单一的深度神经网络均衡算法相比,该算法的均衡性能也有显著提升,当信噪比等于11dB时,其误码率和均方误差分别降低了约81.0%和27.8%,证明混合神经网络具有更强的噪声抑制能力。(2)在建立非直视紫外光多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)单次散射信道模型的基础上,针对湍流环境中的紫外MIMO信道,提出了一种基于深度学习的无线紫外光散射MIMO信道均衡方法。该方法将MIMO信号转化为二维时间序列,以具备双向序列特征提取能力的双向长短期记忆网络为核心,并辅以深度神经网络进行非线性建模,构建适用于紫外MIMO信道均衡的深度学习网络模型,从而实现对原始MIMO信号的准确恢复。仿真结果表明,与最小均方算法、递归最小二乘算法以及基于多层长短期记忆神经网络的均衡方案相比,该方案均表现出更强的误码率与均方误差性能。在信噪比为9dB时,相对于基于多层长短期记忆网络的均衡方案,该方案的误码率降低了约67.9%,并且在不同强度的湍流环境中具有稳定的均衡效果。综上,本文针对无线紫外光通信系统的两类信道模型,采用深度学习中的神经网络框架设计信道均衡方法,该方法能够有效缓解码间串扰问题,从而进一步增强紫外通信系统性能。

关键词：无线紫外光通信单次散射信道深度学习信道均衡

无线LoRa在输电线路监测中的组网设计与实现

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无线LoRa在输电线路监测中的组网设计与实现

作者：陈伦斌西安理工大学

学位级别：硕士

传统的高压输电检测采用人力巡线,耗费了大量的人力和物力,并且巡检艰难且时间长,获取的数据完备性、实时性差。物联网技术、无线自组网技术的发展,为野外高压输电线路在线监测系统提供了新的技术方案,可实现输电线路环境状态的精确监... 详细信息

传统的高压输电检测采用人力巡线,耗费了大量的人力和物力,并且巡检艰难且时间长,获取的数据完备性、实时性差。物联网技术、无线自组网技术的发展,为野外高压输电线路在线监测系统提供了新的技术方案,可实现输电线路环境状态的精确监测。如今在线监测系统不仅是在线监测设备对电力线路的常规监测,同时需要对在线监测设备自身的运行状态进行监测。因此本文采用LoRa (Long Range)技术与无线自组网技术对输电线路的在线监测进行了应用研究。系统基于现有高压输电线路在线监测5.8G无线专网通信系统,采用无线LoRa技术、多跳自组网与GPRS通信等技术,实现了高压输电线路实时监测、数据传输、监测设备自身管理及控制,保障输电线路的可靠稳定运行。论文的主要工作包括以下几个内容:(1)根据输电线路在线监测系统的开发需求,设计了基于STM8L151G4、SX1278及STM32F103VET6的嵌入式软硬件开发平台。(2)分析了系统通信组网方案、Contiki操作系统及Rime协议栈,设计并实现了一种基于无线LoRa技术的输电线路在线监测和管理系统。系统采用LoRa和Rime协议组成网关中心节点与采集从节点通信网络结构以及利用GPRS完成网关节点与服务器通信,实现了将监测终端节点的数据通过星型网络或Mesh网络发送到网关节点,然后网关节点再将数据通过GPRS发送至监控管理中心,解决了数据无线网络传输和系统终端节点远程监测的问题。(3)系统软件设计中详细阐述了无线数据报文格式、SX1278程序设计、基于Rime协议栈底层射频驱动和系统应用程序设计。最后对系统进行了测试,包括LoRa远距离通信测试、Cooja模拟仿真测试、无线自组网功能测试以及系统网络管理平台测试,分析了测试结果。测试结果表明,系统具有通信距离远、部署方便、组网灵活快捷等特点,实现了高压输电线路现场环境状态、蓄电池电量以及监测设备自身运行状态的远程监测,完成了系统设计需求。

关键词：输电线路在线监测 LoRa 通信组网 Contiki Rime

非直视紫外光通信在大气湍流和雾霾下的性能研究

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非直视紫外光通信在大气湍流和雾霾下的性能研究

作者：王建余西安工程大学

学位级别：硕士

紫外光通信借助于大气粒子的散射作用实现非直视传输,弥补了传统激光和红外光通信的缺点,是一种新型通信方式,被认为是解决带宽最后一公里的优选方案。在军事作战或者山区等复杂地形环境下具有广阔的应用前景,表现出无线非直视,背景噪... 详细信息

紫外光通信借助于大气粒子的散射作用实现非直视传输,弥补了传统激光和红外光通信的缺点,是一种新型通信方式,被认为是解决带宽最后一公里的优选方案。在军事作战或者山区等复杂地形环境下具有广阔的应用前景,表现出无线非直视,背景噪声极小,抗干扰性能好以及保密通信等优势。本文研究了紫外光通信共面和非共面单次散射传输系统模型。利用MTLAB仿真软件和蒙特卡洛法模拟光子散射传输过程,验证系统路径损耗随系统参数变化而变化的规律。改进了系统脉冲响应表达式,比较分析不同偏轴角和通信距离对系统脉冲响应的影响。提出对脉冲响应做离散傅里叶变换得出紫外光通信系统的3d B带宽。分析了强大气湍流对紫外光通信系统性能的影响。提出了弱湍流短距离紫外光通信系统研究方法。将黑炭浓度,能见度和相对湿度与大气光学特性之间的拟合公式,与紫外光通信联系起来,研究黑炭浓度和相对湿度以及能见度对紫外光通信性能的影响。对以上问题的研究后我们得出结论如下:1.系统参数主要通过改变光子传输的路径和公共散射体的大小来改变系统的路径损耗,光子传输的路径越小,构成的公共散射体越大,路径损耗就越小,脉冲响应时间缩短,带宽变大,信道容量也会越大。存在多种不同的系统参数组合可以保证相同系统性能的要求。2.弱湍流使大气的瑞利散射增强,路径损耗减小,导致信噪比增大,误码率变小。当湍流增大到一定数值时,湍流强度越大,衰落概率就越大,增大接收机的接收面积可以增大信噪比,使误码率减小。3.粒子浓度和粒径增大,粒子对光子的散射吸收作用增强,路径损耗增大,信噪比减小,误码率增大。雾霾天气下能见度越小,系统的路径损耗越大,信噪比越小,误码率将会越大。相对湿度越大,大气中的粒子聚集在一起,导致大气的平均浓度减小,大气对光子的吸收作用减弱,路径损耗减小,信噪比增大,误码率将会降低。

关键词：紫外光通信大气湍流雾霾蒙特卡洛法路径损耗

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雾霾粒子的紫外光散射偏振特性研究

雾霾粒子的紫外光散射偏振特性研究

作者：王婵西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,雾霾已成为中国大部分城市的“天气常态”,会造成环境污染并危害人体健康。“日盲”紫外光在雾霾天气中传输时,与雾霾粒子相互作用发生散射后,散射光会携带决定大气雾霾颗粒物理特性(如粒子尺寸参数、复杂折射率、尺度分布、粒... 详细信息

近年来,雾霾已成为中国大部分城市的“天气常态”,会造成环境污染并危害人体健康。“日盲”紫外光在雾霾天气中传输时,与雾霾粒子相互作用发生散射后,散射光会携带决定大气雾霾颗粒物理特性(如粒子尺寸参数、复杂折射率、尺度分布、粒子形态)的偏振信息。将散射光的偏振信息、强度信息、光谱信息结合,可以有效的反演雾霾粒子的特性,并提高光学系统测量雾霾颗粒物的精准度,因此针对雾霾粒子紫外光散射偏振特性的研究也越来越重要。本文首先对雾霾粒子物理参数进行分析,并详细介绍雾霾粒子紫外光散射偏振理论基础;然后基于Mie散射理论,利用紫外光雾霾球形粒子的直视和非直视单次散射模型,研究单个球形粒子和链状结构球形粒子物理参数的改变对散射光偏振状态(Stokes矢量和偏振度)的影响,并用蒙特卡洛方法仿真分析已知粒径分布的雾霾粒子浓度对散射光偏振状态的影响;最后基于T矩阵理论,仿真分析三种典型的非球形雾霾粒子(圆柱粒子、椭球粒子和切比雪夫粒子)的物理参数对紫外光散射偏振状态的影响。结果表明:对于球形雾霾粒子,粒径和复杂折射率虚部的改变对Stokes矢量散射光光强(Is)和偏振度的影响有一定的规律;对于链状的球形雾霾粒子,偏振度可以区分链状球形粒子是否由相同球形粒子组成。对于三种典型的非球形雾霾粒子,物理参数在一定范围内散射光Stokes矢量和偏振度随散射角的变化趋势相似,且粒径、复杂折射率的改变可以比较有规律的影响偏振状态;具体分析散射角度为10°时,得到粒径对Is、Qs和偏振度的数值影响是最大的。

关键词：雾霾粒子偏振日盲紫外光 Stokes矢量

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无人机机载无线紫外光通信区域覆盖算法研究

无人机机载无线紫外光通信区域覆盖算法研究

作者：姚佳彤西安理工大学

学位级别：硕士

近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术正在飞速改变世界的发展,从军事用途到商用领域再到个人生活,无人机的应用范围得到了不断的拓展,如目标监测、紧急救援、应急通信、电力巡检、水质监测、视频拍摄等。在诸多应用中,军事... 详细信息

近年来,无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)技术正在飞速改变世界的发展,从军事用途到商用领域再到个人生活,无人机的应用范围得到了不断的拓展,如目标监测、紧急救援、应急通信、电力巡检、水质监测、视频拍摄等。在诸多应用中,军事应用最为关键,能够为军方提供精准又安全的监控信息,如情报侦察、通信中继、信息对抗等。面对复杂多变的战场环境,多无人机系统拥有更强大的作战效能和抗毁能力。“日盲”波段的无线紫外光可以利用气溶胶粒子实现非直视通信,并且其保密性和环境抗干扰能力强,能够为UAV提供一种可靠的通信手段,为UAV在复杂环境下提供可靠的通信保障。本文针对复杂战场环境下无线紫外光通信协助无人机区域覆盖问题,在无线紫外光通信和网络覆盖理论的基础上,从静态覆盖和动态覆盖角度分别研究无人机机载无线紫外光通信区域覆盖算法。主要研究内容如下:(1)针对复杂电磁干扰环境下多无人机辅助地面用户通信问题,利用无人机搭载无线紫外光通信设备对目标区域进行通信覆盖。该方法能够结合无线紫外光抗干扰能力强、数据传输隐秘性高等特点,克服了传统无线电保密性差的缺点,在通信覆盖的同时为无人机与用户建立可靠的隐秘通信链路。通过建立机载无线紫外光非直视通信模型与无人机覆盖模型,并引入三种相对虚拟力,提出一种基于相对距离的改进虚拟力覆盖算法控制无人机移动,仿真分析了不同场景下算法的性能以及紫外光通信角度对算法覆盖率影响。仿真结果表明,所提算法减少了无效覆盖以及重叠覆盖,相比随机部署算法、贪婪虚拟力算法和移动部署算法的覆盖率分别提高了 18.33%,3.15%和1.83%,并减小了无人机的能量消耗。(2)针对无人机在大范围区域中进行侦查探测任务时的区域覆盖问题,利用紫外光引导无人机飞行,给出紫外光功率控制方法辅助无人机匹配不同地形飞行。根据四旋翼无人机的飞行特点,将目标区域栅格化,从而将实际区域覆盖任务转化为栅格图中的多无人机器路径规划问题,并建立多无人机区域覆盖任务分配的约束条件,提出了基于无人机初始位置的任务分配算法,在实现全覆盖的基础上对目标区域进行均匀分配,考虑到多无人机续航能力差异,提出改进算法更适用真实应用场景。仿真结果表明了无线紫外光引导无人机飞行时的功率控制变化趋势,以及在无人机数量、初始位置、续航能力等参数不同的条件下,改进算法的分配结果与理论分配结果基本一致。综上所述,本文结合无线紫外光通信,使用无人机控制算法可以满足动态场景多无人机区域覆盖中的位置优化问题,解决目标区域覆盖率低、无人机部署能耗大的问题。根据无人机数量将任务区域内均匀分配各无人机,在划分的子区域中规划各个无人机的遍历路径,让各无人机在满足任务分配约束条件的前提下遍历整个子区域。

关键词：无人机无线紫外光通信区域覆盖任务分配路径规划

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无线紫外光移动自组网路由协议研究

无线紫外光移动自组网路由协议研究

作者：陈冲西安工程大学

学位级别：硕士

无线紫外光通信利用气体分子和气溶胶粒子的散射作用进行信息传输,其具有保密性好、可非直视传输、背景噪声小以及抗干扰能力强等优势,在军事领域和复杂环境下应用前景广阔。随着研究的不断深入,点对点的小范围通信已经无法满足多节点... 详细信息

无线紫外光通信利用气体分子和气溶胶粒子的散射作用进行信息传输,其具有保密性好、可非直视传输、背景噪声小以及抗干扰能力强等优势,在军事领域和复杂环境下应用前景广阔。随着研究的不断深入,点对点的小范围通信已经无法满足多节点通信的需求,迫切需要研究紫外光组网通信。紫外光移动自组网应用灵活、可扩大通信范围,但无中心节点、拓扑变化频繁等特点,使得对无线紫外光移动自组网路由协议的研究具有重要意义。本文针对无线紫外光移动自组网路由协议研究做了如下工作:1.根据大气微粒对紫外光的散射与吸收特性,分析了紫外光通信节点间的直视通信与非直视通信链路模型。2.研究分析了紫外光自组网按需多径距离矢量路由算法(AOMDV),给出了算法实现过程以及紫外光AOMDV路由建立过程,利用NS2软件仿真分析了紫外光组网AOMDV和组播按需距离矢量路由算法在不同场景下路由性能的区别。最后对AOMDV路由算法在节点剩余能量方面进行改进,并分析了其性能。3.主要研究了移动状态下紫外光组网路由性能。移动自组网拓扑变化频繁,首先研究了在不同网络拓扑模型下的紫外光路由性能,其次在节点移动状态下选取四条不同紫外光通信链路,对其性能进行研究分析。4.结合紫外光传输特性,介绍了可旋转的紫外光通信收发一体装置,并分析了节点捕获、对准、跟踪(Acquisition、Pointing、Tracking,APT)的过程。在良好天气条件下进行了户外点对点紫外光通信实验,实验结果为进一步研究紫外光通信性能奠定了良好的基础。通过上述工作分析验证了紫外光组网通信的可行性,本文的研究结果为紫外光移动自组网路由协议的设计提供了理论基础。图39幅,表8个,参考文献68篇。

关键词：紫外光通信自组织网络多径路由网络拓扑模型

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无线紫外光移动自组网节点定位研究

无线紫外光移动自组网节点定位研究

作者：苏彩霞西安工程大学

学位级别：硕士

无线紫外光通信是一种新型的无线光通信方式,具有高保密性、低背景噪声、抗干扰、全天候全方位工作和非直视通信等优势,可应用于近距离保密通信,尤其适用于“电磁静默”条件下的装甲集群或舰船间的无线保密通信。随着应用领域的不断拓展... 详细信息

无线紫外光通信是一种新型的无线光通信方式,具有高保密性、低背景噪声、抗干扰、全天候全方位工作和非直视通信等优势,可应用于近距离保密通信,尤其适用于“电磁静默”条件下的装甲集群或舰船间的无线保密通信。随着应用领域的不断拓展,点对点的小范围通信已经难以满足实际应用的需求,迫切需要建立紫外光通信网络。节点定位技术是无线紫外光移动自组网通信系统的关键技术。为了给接入层和路由层提供更多的节点位置信息并最终获得高效率、高质量的无线通信,因此,研究适用于紫外光通信网络的节点定位方法具有一定的意义。针对紫外光通信网络中的节点定位开展了以下几方面的工作:1、基于遍历微元法研究了非共面情况下紫外光通信系统的信道容量,给出了紫外光通信系统带宽与通信距离和信道容量与通信距离、收发端仰角、发散角、视场角和偏轴角之间的关系。2、研究了无线紫外光自组网节点间测距方法。针对脉冲测距方法和相位测距方法成本昂贵的问题,依据无线紫外光通信系统脉冲响应宽度随着通信距离的增大而增大的原理,提出了紫外光通信系统脉冲响应展宽测距方法。根据紫外光蒙特卡罗多次散射模型研究了脉冲响应的半峰全宽、10%的脉冲宽度与通信距离的关系,给出了半峰全宽、10%的脉冲宽度与通信距离近似为线性关系的研究结论,推导出了脉冲响应展宽测距公式,并对无线紫外光通信系统脉冲响应展宽方法进行了分析与验证,研究表明:脉冲响应展宽测距方法能有效地提高测距精度。3、研究了二维紫外光网络中的节点定位方法。提出了基于AOA（Angle of Arrival,AOA）和RSSI（Received Signal Strength Indicator,RSSI）的两节点定位方法、基于角度非测距的两节点定位方法、变换主从节点的三节点定位方法以及双边节点定位方法。使用MATLAB软件对四种定位方法进行了仿真分析,研究表明:基于角度非测距的两节点定位方法的绝对定位误差约1.2m,定位精度高于基于AOA和RSSI的两节点定位方法;变换主从节点的三节点定位方法的绝对定位误差约2m,适用于具有高精度角检测装置的紫外光自组网通信系统;双边节点定位方法的绝对定位误差为1.3m,适用于高测距精度的紫外光通信系统。4、提出了三维紫外光自组网节点定位方法。提出了用以定位移动目标的基于信息编码与AOA的定位方法;根据收发一体的紫外光移动自组网节点装置,提出了四边节点定位方法和三面节点定位方法;并对三维节点定位方法进行了仿真分析。结果表明:四边节点定位方法的平均定位误差为2.0047m,三面节点定位方法的平均定位误差为1.7269m,两种定位方法均适用于高测距精度的紫外光自组网通信系统。

关键词：紫外光通信节点测距节点定位信道容量