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无人机辅助无线传感器网络的动态信道模型研究

无人机辅助无线传感器网络的动态信道模型研究

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作者：张可重庆理工大学

学位级别：硕士

无人机辅助无线传感器网络在环境监测、灾害救援、农业管理等领域的应用日益凸显其重要性。然而,现有的无人机辅助无线传感器网络在信道模型方面仍存在一些不足。首先,传统的信道模型对无人机辅助无线传感器网络并不适用,现有模型不能... 详细信息

无人机辅助无线传感器网络在环境监测、灾害救援、农业管理等领域的应用日益凸显其重要性。然而,现有的无人机辅助无线传感器网络在信道模型方面仍存在一些不足。首先,传统的信道模型对无人机辅助无线传感器网络并不适用,现有模型不能反应无人机高速移动、高度变化等特性对信道的影响;其次,现有模型很少考虑天线方向性对通信的影响。因此,本文以地空信道为基础,依托于“重庆市教委科学技术研究项目:基于位置预测的微型无人机网络机会路由机制研究(KJQN202001110)”对无人机辅助无线传感器网络的动态信道模型展开了以下研究:(1)搭建了无人机辅助无线传感器网络测试平台,使用该平台测试无人机在不同飞行高度下的路径损耗数据,并利用测试数据对现有信道模型进行评估。结果表明,现有信道模型对于无人机辅助无线传感器网络的信道描述并不准确。主要存在以下问题,首先无人机飞行的高度变化会对路径损耗有较大影响;其次在无人机飞行过程中,天线方向的变化和地面反射路径也会对路径损耗产生影响;最后现有信道模型大多只能表征特定飞行轨迹下的信道特性,不具有泛用性。(2)针对无人机动态移动产生的高度变化,建立了不同飞行高度的无人机信道模型。该模型将无人机的飞行高度作为一个输入参数,通过高度信息来快速获得对数路径损耗模型的初始路径损耗和路径损耗因子这两个关键参数。简化了模型的应用过程,提高了模型的实用性,同时对影响无线通信质量的阴影衰落和快速衰落进行了分析,发现阴影衰落和快速衰落随着无人机飞行高度增加会呈现下降的趋势。(3)针对天线方向性和地面反射路径对路径损耗产生影响,建立了改进的双射线模型。该模型首先对双射线模型进行优化,然后对优化后的双射线模型通过遍历天线方向性的方式,找到RMSE最小的角度作为无人机沿一定高度飞行时的初始角度。实验结果表明,相较于对数路径损耗模型,提出的模型不仅能反应由地面反射路径引起的周期性波动,同时模型准确率也提升了21.56%～57.77%。(4)针对现有信道模型只能表征特定飞行轨迹下的通道特性,本文提出了一种创新的无人机辅助无线传感器网络路径损失边界的信道模型。这一模型不仅能够反映无人机在不同飞行轨迹下的路径损失变化,还能够描绘出路径损失的边界范围。这意味着,无论无人机如何飞行,都可以利用这一模型来预测其通信性能的上下限,为网络设计和优化提供了重要的参考依据。实验结果表明,在不同的测试轨迹下,该模型的估计边界覆盖率均高达92%以上。

关键词：无人机辅助无线传感器网络信道模型天线方向性天线不规则度

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