基于灾害场合搜救系统的复杂信道特性研究和信号接收模块设计

发布时间：2017-06-22 21:19

  本文关键词：基于灾害场合搜救系统的复杂信道特性研究和信号接收模块设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地震、雪崩、泥石流等自然灾害具有突发性和不可预测性,且威力巨大,许多受灾者往往被坍塌的建筑材料、砖墙、土石等压埋。然而由于搜救犬、生命探测仪等传统搜救方法的适用场景、工作效率有限,导致受灾者得不到及时的救援。当下,个人通讯设备——手机已经广泛普及,并且手机信号携带信号强度、传播时间等重要信息,手机信号比呼吸、心跳、人体红外辐射等生命体征信号要更加强烈。因此,手机信号已经成为一种有效的定位资源,灾后的定位和救援工作可以通过搜寻手机信号来实现。本文提出了一个适用于灾害场合的基于手机信号的搜救系统方案,其原理如下：通过提高救援基站的广播信号功率,使得灾害现场的手机发生小区重选,进而与救援基站进行通信；救援基站获得接收信号强度、信号传播时间等数据,并结合灾害无线信道中的信号传播规律,采用一种有效的混合定位算法,实现对被压埋受灾者的手机进行有效定位。本文针对搜救系统的接收子系统和灾害复杂信道特性两个方面的创新研究,并取得了以下的成果。1)本文对搜救系统的信号接收模块进行了设计和实现。首先,提出了一个手持式定位算法验证系统,用于验证定位算法,并设计和实现了该系统的重要模块,功率计模块。功率计模块能够接收射频信号,经过检波、模数转换和功率计算等一系列处理,最后得到接收信号的功率值,用于后续的定位算法。在救援基站系统平台方面,本文对接收子系统,包括射频前端电路、基带转换电路和模数转换电路,进行了设计、制作和调试。2)本文针对灾害环境中复杂信道的传播特性展开了研究。首先,建立了一个障碍物压埋手机的仿真模型,并重点针对障碍物对信号的阻挡效应进行了仿真和分析。然后,分别在暗室无干扰环境和室外环境,搭建了复杂信道模拟场景,对复杂信道特性进行了实地测试。最后,综合结果并深入分析了存在着大量障碍物的复杂信道中手机信号的传播规律。
【关键词】：灾害搜救系统 救援基站 信号接收模块 功率计 复杂信道特性 信道测试
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X43;TN929.53
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 论文的研究背景和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状分析11-13
• 1.3 论文的主要研究内容及贡献13-14
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 主要贡献及创新点14
• 1.4 论文的章节安排14-16
• 第二章 适用于灾害场合基于手机信号的搜救系统架构16-31
• 2.1 搜救系统的原理与架构16-19
• 2.1.1 救援基站设计原理16-17
• 2.1.2 灾害信道特性17-18
• 2.1.3 混合定位算法原理18-19
• 2.2 功率计的设计与实现19-25
• 2.2.1 定位算法验证系统的原理与架构19-20
• 2.2.2 功率计的设计与实现20-25
• 2.3 接收子系统的设计与实现25-29
• 2.3.1 基带转换电路25-27
• 2.3.2 射频前端电路27-28
• 2.3.3 模数转换电路28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 复杂信道特性的建模与仿真31-48
• 3.1 无线信道传播特性31-37
• 3.1.1 无线信道中的电磁波传播机制31-32
• 3.1.2 非平面波是平面波的叠加32-34
• 3.1.3 平面波遇介质的反射和透射34-37
• 3.1.4 分层介质上方的源37
• 3.1.5 单层介质的透射模型37
• 3.2 障碍物效应的建模与仿真分析37-47
• 3.2.1 平面单极天线的设计38-41
• 3.2.2 障碍物距离对信号衰减的影响41-44
• 3.2.3 障碍物材料对信号衰减的影响44-45
• 3.2.4 障碍物厚度对信号衰减的影响45-47
• 3.2.5 多层障碍穿透物损耗模型47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 复杂信道特性的测试实验48-64
• 4.1 信道实验方法48-49
• 4.1.1 信道测量方法48-49
• 4.1.2 介电常数测量方法49
• 4.2 复杂信道测试实验49-62
• 4.2.1 暗室复杂信道测试49-55
• 4.2.2 室外复杂信道测试55-61
• 4.2.3 室外复杂信道的方向特性测试61-62
• 4.3 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间发表的科研成果70-71
• 作者简介71

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本文编号：473163