基于改进射线追踪和三维可视化的UWB信道仿真

结合几何光学和一致性劈绕射理论,实现超宽带确定性信道的仿真。应用类似矢量网络分析仪的原理,计算超宽带信道的时域响应和信道损耗。在应用基于镜像的射线追踪方法进行路径计算时,引入了一种控制仿真深度的方法。该方法在构建镜像树时预测每个子节点可产生的最小衰减值,并将其与期望衰减阈值进行比较的,以达到控制镜像树规模的目的。与以反射和绕射阶数控制仿真深度的方法相比,该方法在保证同样精确度的条件下能够有效地减少计算时间。为了增强仿真结果的表现形式,仿真借用3D游戏平台,实现了信道损耗的立体可视化。

Abstract：

A deterministic Ultra-Wide Band （UWB） channel simulation in a complex indoor environment was performed using GO/UTD （Geometrical Optics/Unified Theory of Diffraction） method.The time domain response and path loss of UWB channel were computed on the principle which is similar with VNA （Vector Network Analyzer）.When image-based ray tracing method was used to compute the propagation paths,an algorithm of controlling the depth of image tree was introduced to improve the simulation performance.It limits the scale of image tree by predicting the potential minimum attenuation,which may be caused by a ray propagating from root node to child node,and comparing the predicted value with an expected maximal attenuation threshold when image tree is being constructed.Compared with simply using reflection or diffraction orders to control the scale of image tree,using this method can effectively reduce the computing time in the same accuracy condition.In order to enhance the representation of the simulation result,the visualization of path loss distribution was implemented by a 3D game platform.     

Characterizing Ultra-wide Band indoor line-of-sight wireless channel

By exploring the deterministic characteristics of the measurement data, a new propagation model with two deterministic clusters and stochastic arriving rays within each cluster is proposed. When considering the cumulative distribution function (CDF) of the three key channel statistics, the proposed model fits the measurement data better than SV/IEEE 802.15.3, a model which is known as a standard model for UWB indoor propagation channel. Therefore, with the additional knowledge of the specific environment geometry, the proposed model generating impulse responses resemble" the measured channel impulse responses better than IEEE model. Moreover, the proposed model's parameters obtaining procedure is simplified by utilizing simple parameters of the environment.     

基于多传感器数据融合的移动机器人导航

提出了一个允许机器人在室内环境中沿规划好的路径移动的决策和控制结构.机器人的控制系统包含了应用特定硬件实现的可以并行运行的几个程序.移动机器人的导航子系统利用卡尔曼滤波器,融合由视觉系统与由里程计获得的位置估计值.通过一组超声波传感器实现障碍物检测.实验结果表明,效果良好.     

基于数值模拟大气环境预测海上微波传播损耗

针对数值天气预报模式应用于电磁波传播预测的性能,比较数值模拟和无线电探空剖面,计算并对比以两者为输入的路径损耗。对于近地面1 km大气修正折射率梯度,两者间误差均值和标准差分别为4.4 M/km和16.6 M/km。通过在典型频点上的传播计算,发现频率较低或距离较近时,路径传播损耗误差较小,随着频率或距离的增加,误差逐渐增大。结果表明了数值天气预报技术在海上电波传播特性预测中的适用性。     

一种复杂环境下的战术通信信道仿真方法

现代战场复杂的地形环境和电磁环境是影响战术通信性能的主要因素。针对这些因素,在建立不规则地形环境模型、战术通信设备模型的基础上,构建了复杂环境下的战术通信信道仿真平台,研究和探讨了战术无线通信信号在此环境中的传播路径、接收功率和路径损耗等特性,并给出了仿真分析结果。     

Deterministic simulation of UWB indoor propagation channel

A site-specific model of UWB pulse propagation in indoor environment is addressed. The simulation utilizes the principles of geometrical optics （GO） for direct and reflected paths＇ tracing and the time domain technique for describing the transient electromagnetic field reflected from wall, floor, ceiling, and objects. The polarization of the received waveform is determined by taking into account the radiation pattern of the transmitting and receiving antennas, as well as the polarization changes owing to every reflection. The model provides more intrinsical interpretations for UWB pulse propagation in realistic indoor environment.     

复杂环境下基于A*算法的无人机路径再规划

针对实际战场环境中规避突然出现的危险/威胁区域或任务变更时的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)路径动态再规划问题,为了适应复杂动态环境下危险/威胁区域需建模为圆形、凹/凸多边形以及可能存在相邻危险/威胁区域的间距较小甚至重叠的情形,对基于A*算法的线段求交无人机路径规划方法进行改进以适应圆形、凹/凸多边形危险/威胁区域同时存在的情形,提出了子节点安全性检测策略,采用基于A*算法的两步寻优路径搜索策略,进行UAV路径动态规划。仿真结果表明,采用本文提出的改进方法可实现上述复杂环境下的无人机路径动态再规划。     

非合作双基地雷达发射天线扫描调制影响分析

在分析基于非合作脉冲雷达的机会探测系统特殊性的基础上,重点研究了发射天线在方位上机械扫描时,其天线波瓣图调制效应对系统相参处理输出信噪比的影响。为描述天线周期扫描对系统接收信号的调制规律,引入天线归一化场波瓣图的一般表达式,建立了直达波和目标回波信号的数学模型。然后,以理想条件下匹配滤波输出的最大信噪比为参考,推导了系统互相关处理后峰值输出的信噪比损失。最后,仿真分析了直达波和目标回波的信噪比变化对系统相参处理输出的影响,并给出了关于距离单元选择和接收机中频带宽设计的建议。     

Multilayer ANN indoor location system with area division in WLAN environment

An indoor location system based on multilayer artificial neural network (ANN) with area division is proposed. The characteristics of recorded signal strength (RSS), or signal to noise ratio (SNR) from each available access points (APs), are utilized to establish the radio map in the off-line phase. And in the on-line phase, the two or three dimensional coordinates of mobile terminals (MTs) are estimated according to the similarity between the new recorded RSS or SNR and fingerprints pre-stored in radio map. Although the feed-forward ANN with three layers is sufficient to describe any nonlinear mapping relationship between inputs and outputs with finite discontinuous points, the efficient inputs for better training performances are difficult to be determined because of complex and dynamic indoor environment. Then, the discussion of distance relativity for different signal characteristics and optimal strategies for multi-mode phenomenon avoidance is presented. And also, the feasibility and effectiveness of this method are verified based on the experimental comparison with normal ANN without area division, K-nearest neighbor (KNN) and probability methods in typical office environment.       

Performance analysis of an indoor UWB ranging system

To evaluate the ranging performance of impulse radio ultra wideband (IR-UWB) signals, an exper-iment is performed in a typical indoor environment. In order to mitigate the ranging error caused by theoretical algorithm and practical circuits, one way-time difference of the arrival (OW-TDOA) ranging method and corre-sponding approaches are proposed and carried out according to the structure of UWB transceivers. Generalized maximum likelihood (GML) estimator based on energy detection is applied for the time of arrival estimation. The obtained results show that this UWB ranging system can achieve a relative high ranging accuracy in a multipath environment (e.g. About 5 cm at ranges up to 6 m), which is practical and meaningful for many sensor applications.     

全虚拟无人车辆自主导航仿真系统的研究与实现

以履带式车辆为研究对象，建立了相应的车辆运动学模型和动力学模型，并采用虚拟现实技术，用一辆虚拟车辆在虚拟环境中的驾驶性能仿真了无人车辆在实际环境中的驾驶性能，使操作者能身临其境地观察到无人车辆的各种运动状态。该系统逼真、形象，可以方便地进行诸如路径规划和路径跟踪等各种高层智能操作的仿真，并可以对操作结果做出评价。     

基于滚动窗口的移动机器人路径规划

借鉴预测控制滚动优化原理 ,研究了全局环境未知且存在动态障碍物情况下的移动机器人路径规划问题。提出的基于滚动窗口的移动机器人路径规划方法充分利用机器人实时测得的局部环境信息 ,并通过有效的场景预测 ,以滚动方式进行在线规划 ,结合了优化和反馈机制 ,具有计算量小、反应迅速的特点。大量仿真结果表明 ,该方法能很好地适应动态不确定环境。     

基于HEDT的移动机器人路径规划算法

移动机器人在未知的、动态的环境中进行路径规划必须考虑到环境地图构建的不完备性和算法的实时性.针时这种情况,提出了一种基于启发式拓展距离转化的移动机器人路径规划算法.算法在未知的环境中,通过启发信息和实时探测静止或移动的障碍物信息构建不完备的栅格地图,对移动的障碍物采用延后处理策略,实时地搜索最优路径并驱动机器人运动到目标点.当发生下降阻碍时,则仅对需要的范围传播权值变更信息.算法适用于大范围的时变环境,并具有良好的收敛性.仿真实验验证了算法可行性和正确性.     

基于即时修复式稀疏A*算法的动态航迹规划

针对动态环境下无人机航迹规划对时效性、可行性和最优性的需求,将稀疏A*搜索(sparse A* search, SAS)算法嵌入到即时修复式架构,并在航迹迭代改善过程中引入双排序准则、存储空间约束及变步长策略,提出了即时修复式稀疏A*(anytime repairing SAS, AR-SAS)算法。静态环境下蒙特卡罗仿真结果表明AR-SAS算法生成可行航迹与最优航迹的时间都小于标准SAS和分层SAS算法;动态仿真结果表明AR-SAS算法能够快速生成可行航迹,并在规定时间内不断提高航迹最优性,满足动态航迹规划的需求。     

大型工程突发事故形成的复杂性机理研究

从复杂系统的理论视角,分析了影响工程突发事故形成的技术、主体及环境的复杂性因素,研究不同类型的工程突发事故的形成路径,指出大型工程系统内部要素与外部环境的复杂作用是突发事故的发生之源,为大型工程突发事故的有效防范与应对提供了参考.最后,论文以某大桥移动模架坠落事件为例,分析了突发事故的形成过程.     

基于势场蚁群算法的机器人路径规划

提出了一种未知环境下机器人路径规划的势场蚁群算法。该算法利用人工势场力和机器人与目标之间的距离构造机器人避障和移动的综合启发信息,并利用蚁群搜索机制在未知环境中寻找机器人从起始位置至目标位置的全局最优路径。所提出的算法将蚁群算法和人工势场法进行有效的结合,提高了常规蚁群算法对最优路径的搜索效率。通过仿真实验表明了所提出的算法用于机器人路径规划的有效性。     

基于小生境遗传算法的飞行航迹规划

提出了一种基于小生境遗传算法的飞行航迹规划方法.把航迹编码为离散时间上变长度的飞行器速度和航向变化序列,并以此序列作为遗传算法种群中的个体,在这个变化序列中,每一个元素都考虑了飞行器的性能约束,因而,每个变化序列对应的航迹郝是飞行器可飞的.初始种群不是随机生成,而是根据规划起点和终点的相对关系生成的.为了防止种群收敛于局部最优解,采用基于共享函数的小生境技术增加种群的多样性.仿真结果表明,算法能快速有效地在动态环境中规划出近最优的飞行航迹.     

无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法

针对复杂战场环境下无人机蜂群的任务协同要求,保证编队内可靠的路由通信尤为重要。考虑无人机携带能源有限,为了尽可能延长空中作业时间,提出一种无人机蜂群中紫外光隐秘通信能耗均衡路由算法。在无人机编队保持的基础上,结合无线紫外光散射通信特点,在路由选择过程中引入通信链路路径损耗和无人机节点剩余能量来构建链路权值函数,从而有效地平衡无人机蜂群节点的能量消耗。仿真结果表明,与其他算法相比,所提算法能够动态地选择数据传输路径,使节点的能量消耗均衡,进而延长无人机蜂群的生命周期。     

双属性概率图优化的无人机集群协同目标搜索

为了提高不确定环境下无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）对目标捕获能力,进而提高多UAV协同搜索效率,提出了基于双属性概率图结合改进的协同进化遗传算法（improved co-evolutionary genetic algorithm,ICEGA）的多UAV协同目标搜索方法。首先,根据环境的先验信息,在原概率图基础上引入标志位,建立基于双属性矩阵的待搜索环境概率模型,提高环境和目标的信息感知准确度;其次,定义UAV的飞行规则并结合目标先验概率图信息,建立UAV运动模型及确定最大收益的目标函数;最后,建立分布式UAV之间的信息交互模型,运用ICEGA算法优化产生最优协同决策输入航向角集合,在线实时滚动优化产生最优协同路径。实验结果表明,基于双属性概率图结合ICEGA算法更能够保证最优路径的产生,使得UAV能够准确地搜索到目标;同时,对比仿真验证了ICEGA算法能够提高UAV之间的协同性,保证了路径可行性及提高了目标搜索效率。     

室内环境下共用收发天线同时同频全双工自干扰信道测量与建模

同时同频全双工技术因能获得更高的信道容量及频谱利用率而得到人们的关注。目前,对单天线收发全双工自干扰信道特性的研究尚未见到。针对此现状,采用基于网络分析仪的信道测量平台,对室内环境下 2.6 GHz共用收发天线全双工自干扰信道进行测量与分析。得到了均方根时延扩展与相关带宽的统计模型。分析了天线馈线长度与损耗对自干扰信道的均方根时延扩展造成的影响。结果表明,均方根时延扩展服从对数正态分布;相关带宽大致服从正态分布;相关带宽与均方根时延扩展基本成反比关系;均方根时延扩展随着天线馈线长度的增加而增加。