基于自适应对数距离衰减模型的移动机器人精确定位方法

文章针对目前利用ZIGBEE技术开发煤矿井下机器人的定位误差较大的现状,提出了一种自适应对数距离衰减模型进行精确定位的新方法。实验结果表明,使用自适应对数距离衰减模型新方法进行定位,其平均测量误差较旧方法缩小了2.5倍。

一种改进的室内无线电波传播模型

无线电波传播特性主要取决于收发设备之间的距离,然而当电波传播环境复杂时,对数距离传播模型的预测误差较大。为了解决这一问题,提出了一种由传播距离和方位角共同确定的改进的室内无线电波传播模型,并以云南大学信息学院四楼局部区域为例对模型的有效性进行了仿真和验证。结果表明,所提出的模型能够比较准确地预测满足特定传播距离与方位角的区域的无线电波传播特性,并可以通过参数n的取值推断预测区域与在发射设备之间存在建筑墙体的数量。在发射场景1下对数距离传播模型的最大均方根误差为12 dB,所提模型仅为2 dB;在发射场景2下对数距离传播模型的最大均方根误差为25 dB,所提模型仅为5 dB。不同场景下得到相似的结论表明所提模型具有普适性,同时预测误差小表明其具有潜在的应用价值。

基于RSSI的半参数估计在距离拟合模型中的应用

无线信号在传播过程中会有很大损耗,信号损耗程度和传播距离之间具有一定的关系,室内定位算法中基于RSSI的测距定位方法便是利用这一原理对目标进行定位。定位时普遍采用基于RSSI的距离拟合模型是对数距离路径损耗模型,在采用该模型前,需要利用已知数据对模型中的未知参数进行解算,最常用的解算方法是基于最小二乘法的参数解算,但考虑到实验环境的复杂性和可能存在系统误差,因此,该项研究利用半参数模型对损耗模型参数进行解算。研究结果表明:半参数模型的解算精度优于最小二乘法。

两种适用于GSM-R系统的无线传播损耗模型的分析与比较

随着相关单位对我国铁路GSM-R系统的深入研究,提出两种新的适用于GSM-R系统的无线传播损耗模型。文章首先介绍了这两种新模型;其次对这两种模型进行分析,提出对两种模型的解释,指出应用中需要特别注意的问题;最后对两种模型在相同电波传播场景下的预测结果进行比较,指出差异。

麦田环境2.4GHz无线信道路径损耗建模方法分析

针对麦田环境无线传感器网络(WSN)应用需求,开展了4种无线信道路径损耗建模方法研究及适用性分析。首先利用WSN节点进行2.4 GHz无线信号的麦田实地测试,得到不同传播距离上的路径损耗变化趋势;然后分析了自由空间模型、双射线模型理论计算路径损耗与实测路径损耗差异,同时提出改进的双折线对数距离模型,并采用单折线和改进后的双折线对数距离模型对实测路径损耗运用最小二乘法进行回归分析建模。结果表明:自由空间模型和双射线模型所计算路径损耗与实测路径损耗存在较大差异,无法直接用于麦田环境路径损耗建模;单折线和改进后的双折线对数距离模型的回归分析拟合度分别为0.879和0.943,回归剩余标准差分别为3.242和2.229,均适用于麦田无线信道路径损耗建模,且改进后的双折线对数距离模型较单折线对数距离模型建模精度更高。

半封闭走廊中无线信道传播特性分析与建模

针对半封闭环境下无线信道模型缺失的现状,以半封闭走廊为研究对象,对2.4 GHz无线信号的接收信号强度进行测量和分析。利用线性回归分析建立单斜率和双斜率对数距离接收功率模型,拟合得到相应的模型参数。通过与参考模型进行对比,分析半封闭结构对无线信号传播的影响。结果表明,对数距离接收功率模型适用于半封闭走廊环境,且双斜率模型的拟合效果优于单斜率模型。与常用的理论模型和近似场景的经验模型相比,提出模型能更真实地反映目标环境的实际传播特性。

一种基于RFID的定位方法

针对现有的RFID定位方法只适合室内小范围定位,大范围定位成本非常高,无较大可行性,且技术过于复杂的问题,提出了一种新RFID定位方法,即使用一个阅读器天线布置在定位区域的中心位置,然后按一定角速度转动。根据读回的接收信号强度(Received Signal Strength Indicator,RSSI)与转动的角度之间的数据,使用小波阈值去噪处理,再使用最大值法求得角度;最后根据RSSI与距离的关系求得距离,从而实现定位。由于实验条件所限,所以先采用对数路径损耗模型建立起研究对象的模型,依据该模型进行仿真实验,结果表明,该方法可以满足室内、室外大范围的,精度要求不是很高的定位需求。

校园休闲区环境2.4GHz无线信道路径损耗建模

无线信道的质量在很大程度上制约着无线通信系统的质量,发射机到接收机之间的信号传播路径从简单的视距,到遭遇各种各样的地形物。不同环境下的无线电传播模型研究一直是通信方面的热点,文章针对校园休闲区环境无线网络应用需求,开展了无线信道路径损耗建模适用性分析。首先利用WSN节点进行2.4GHz无线信道的实时测试,得到不同传播距离上的信号损耗值,然后与自由空间模型,单、双折线对数距离路径损耗模型进行了对比分析,最后通过对比分析发现改进后双折线对数距离路径损耗模型更适用于此环境。

面向车间布局的自适应LANDMARC算法

在车间定位中,运用基于有源射频识别校验的动态定位(LANDMARC)算法时,由于车间障碍物引起的多径效应和边界处参考标签数量不足,算法无法正确选择参考标签中的最近邻,对此,提出一种面向车间布局的自适应LANDMARC算法。首先引入对数距离路径损耗模型处理RFID读写器接收信号强度指示(RSSI),再通过对比法筛选出参考标签有效值以及插值法在边界插入虚拟标签。对比传统LANDMARC算法,将定位平均误差从0.39 m降低到0.16 m,证明了自适应LANDMARC算法的有效性。

WSN中节点通信半径与最小发送功率对网络连通性的影响分析

在无线传感器网络中,网络的连通性不仅是保障网络正常通信的基础,更是网络数据融合、定位、拓扑控制等技术实现的前提条件。合理部署网络节点可以有效提高传感器网络的覆盖范围,保证其他技术有效应用与实现。在室内复杂环境下,为确保部署的传感器节点更好地覆盖监控区域,本文提出一种通过设置节点通信半径和最小发送功率的方法来确保网络连通。并采用图例理论分析网络连通性,通过设置节点通信半径实现最大覆盖率;分析对数损耗模型并确定模型参数,在保证网络覆盖率的前提下设置节点最小发送功率。仿真结果表明,所提出的方法能够有效提高网络覆盖范围与网络连通性。

利用信道状态信息的室内定位技术

多径效应导致基于信号接收强度(RSSI)的室内定位方法精度不高,采用更细粒度的物理层信道状态信息(CSI)可以区分不同路径,提高定位精度。在已有基于CSI室内定位方法的基础上,通过改进对数距离路径损耗模型,得到CSI与传输距离的关系,并结合目标位置所测得的CSI值回归出目标与发射端的距离,最后通过三边定位法预测出目标的位置坐标。实验表明,相比基于RSSI的定位方法以及已有的基于CSI的定位方法,所提方法2 m以内的误差概率提高了将近40%和20%,有效提高了定位精度。

WiFi快速漫游与Mesh网络技术在综采工作面的应用研究

针对目前对WiFi通信在综采工作面特定环境下的应用研究较少的问题,结合无线信号空间传播理论分析了WiFi信号在综采工作面的传播特性,分析结果表明:在综采工作面,WiFi信号的传播受到较大影响,尤其是信号覆盖范围明显减小;在综采工作面WiFi无线信号传播符合对数距离路径损耗模型。根据综采工作面的空间布局特点,采用快速漫游和Mesh网络技术构建了无死区、全覆盖的综采工作面WiFi通信网络优选技术方案。测试结果表明,该方案可解决采煤机机载视频通信难题,实现了WiFi网络快速漫游功能,可有效保证移动终端的应用效果,整个网络的平均通信吞吐量约为35 Mbit/s,最低通信吞吐量约为7Mbit/s,能够满足大多数综采工作面的通信需求。

基于RSSI值的稳健估计不同权函数抗差能力分析

基于RSSI测距的室内定位是利用信号损耗程度和传播距离实现的,通常采用对数距离路径损耗模型,为了减小求解出的距离误差,采用稳健估计进行处理,得到的结果更加准确,但是选择不同的权函数时,稳健估计达到的效果也不同。采用RSSI值进行抗差能力研究,对比不同权函数的效果得到以下结论,当数据中不含粗差时,稳健估计的方法和最小二乘的估计方法效果相差不大;当数据中含有粗差时,稳健估计的方法更能达到去除粗差的效果,同时稳健估计中的Huber权函数能更好地剔除粗差,误差更小。

基于稳健估计的射频参数求解及抗差能力探测

由于环境的影响使射频数据中存在粗差,这将对求解射频中对数距离路径损耗模型中的未知参数有一定的影响,使得定位时求出的距离产生偏差。针对这一问题,该项目使用稳健估计法对射频数据进行预处理,并且将稳健估计处理结果与最小二乘估计结果进行对比。结果表明:当粗差存在时,稳健估计法计算精度优于最小二乘估计,且该方法能够有效抵抗由于粗差的存在而导致对数距离路径损耗模型的崩溃。若将稳健估计方法应用于求解对数距离路径损耗模型中未知参数,将有益于射频的室内定位。

IEEE802.11n的室内覆盖规划研究

为弥补蜂窝网室内覆盖不足,本文讨论了基于IEEE802.11n的无线局域网室内规划方法。该方法结合无线局域网室内覆盖的实测参数和对数距离路径损耗模型,采用覆盖优先的规划原则,提出一种适用于对称室内布局的覆盖接入点或天线位置的部署规划算法。试验表明,以该方法进行规划的仿真结果和实测结果基本一致,且能保证大部分区域的信号强度大于-75dbm。该方法不仅实现了无线局域网室内无缝覆盖,而且避免了大量的现场测量工作。