基于物联网的空间光通信APT技术研究

发布时间：2020-06-13 05:50

【摘要】：物联网作为当今世界新一轮科技和经济发展的战略制高点之一,已经成为全球各个发达国家建设信息化社会的重要工具。随着该技术在智能交通、智能电网、视频监控三大应用市场的铺开,物联网末端接入速率需求日益增长,传统的无线电方式已无法满足现实需要,以空间光通信为主的物联网传输技术,组网模式灵活多变,通信速率大幅提高,是解决高速物联网自组织通信网络的新型技术手段,有着重大的研究意义。APT(Acquisition,Pointing,Tracking)系统是实现空间光通信需要解决的关键问题之一。针对物联网传输距离短,要求精度高的特点,本文提出利用WiFi定位系统代替传统GPS/INS定位系统完成APT初始捕获过程中位置信息获取的工作,以弥补GPS/INS定位系统在卫星信号遭屏蔽时无法进行定位的缺陷,并对APT系统的两个关键技术初始捕获和光斑检测技术进行了研究。首先提出了WiFi作用下APT初始捕获的总体方案,介绍了WiFi定位原理与其三维定位算法及初始指向中的坐标转换过程,并对系统进行了场外实验,经测试200m通信距离内获得的初始捕获不确定区域为13mrad,同时计算出采用不同扫描方式时对应的平均捕获时间,并利用Matlab软件仿真并分析了本课题中影响APT初始捕获的定位误差。针对课题中近距离空间光通信APT系统在不同背景环境下捕获到的光斑图像,采用浮动阈值法结合圆拟合法对白天晴天、白天阴天及夜间三种具有代表性的条件下分别进行了多组光斑检测实验,实验结果表明采取的光斑检测方法可快速准确地提取出光斑位置及轮廓。
【图文】：

第二章 短距离空间光通信 APT 系统概述1 场景需求分析本课题的研究是为了解决某厂区高清视频实时监控系统大量高清视频数据传受限问题。如图 2.1 所示，厂区网络中含有大量高清视频监控终端节点，但能量距离太远时不能直接和视频处理中心进行通信，通过分簇路由协议将邻近区域组成一个簇，并选出簇头，簇内节点先将数据传给簇头(图中路由器)，，簇头将数之后再转发给下一跳或直接转发给视频处理中心[13]，节点与簇头间距离为 500m 不等，簇头间距离为 200m 至 500m 不等。节点与簇头，簇头与簇头间通信为无线电通信。但是由于无线电通信速率(IEEE802.11n 标准的最高速率为 300M容量的限制，当多个节点传输十几 G 甚至几十 G 高清视频数据至簇头后，簇头无线电通信将数据转发给下一跳时将消耗大量时间，若继续采用无线电方式，率将受限，而且相互间的电磁干扰严重。

剑噼ㄐ潘俾式鄧芟蓿嘌鈀蚁嗷ゼ涞牡绱鸥扇叛现亍Ｍ?2.1 厂区视频监控网络示意图2.2 物联网光电混合通信总体设计方案为了解决 2.1 节厂区视频监控网络出现的问题，本课题提出以空间光通信为主、无线电通信为辅的光电混合通信的新型物联网网络架构，致力于大幅提高通信容量及速率，整体架构如图 2.2 所示。节点与簇头间通信方式为无线电通信，簇头与簇头间通信方式为空间光通信与无线电通信混合通信，首先由无线电链路来完成网络连接、控制指令等下行传输，再利用无线光链路完成高速物联网络海量数据采集的上行通信任务。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.1;TP391.44

【参考文献】

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本文编号：2710748