【摘 要】
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单兵班组在室外树林中执行消防或抓捕任务时,身处的环境复杂、处置的情况紧急、卫星信号易被遮挡。在此环境中,单兵之间相互的测距和测向信息,是实现协同导航的前提条件,可以增强单兵环境感知能力,提高任务效率。当前,在提高测距精度方面,学者多针对宽泛环境展开研究,缺乏针对树林环境的特定模型。在UWB测向阵列方面,学者广泛采用单一的干涉式测向技术,不具备抗多径能力。在多节点协调测距方面,大部分研究都集中在移动
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单兵班组在室外树林中执行消防或抓捕任务时,身处的环境复杂、处置的情况紧急、卫星信号易被遮挡。在此环境中,单兵之间相互的测距和测向信息,是实现协同导航的前提条件,可以增强单兵环境感知能力,提高任务效率。当前,在提高测距精度方面,学者多针对宽泛环境展开研究,缺乏针对树林环境的特定模型。在UWB测向阵列方面,学者广泛采用单一的干涉式测向技术,不具备抗多径能力。在多节点协调测距方面,大部分研究都集中在移动自组网路由算法上,少有针对实际交互任务的研究。因此研究一款基于超宽带通信的单兵测距测向系统对于室外分布式导航的发展应用来说至关重要,本文的具体研究内容如下:为解决树林环境下超宽带测距误差较大的问题,本文首先基于IEEE802.15.4a脉冲冲击响应模型评估了环境的复杂度;其次分析了树林环境的特殊性,建立了树林下的功率损耗模型,并利用功率模型简化了评估环境复杂度的过程;然后基于Wylie算法从数值层面分析了数据与环境复杂度之间的关系,将信道建模和数值分析评估所得的两类环境复杂度进行加权,并作为补偿因子对测距值进行修正。最后分析了人体遮挡对测距的影响,并对双边双向测距算法的误差抑制作用进行了验证。针对距离差测向精度低、干涉式测向精度高但在树林环境下会失效的问题,提出了将干涉式测向与距离差测向相结合的阵列组合方案。从两阵元到三阵元面阵逐步开展测向研究,实现了一种基于场景识别的测向算法自动切换处理机制。针对拓扑变化下的多节点间动态测距需求,设计了多节点自组织互测距算法,研究了有锚多节点动态TDMA算法,完成时隙分配、时钟同步、MAC层设计与协议帧设计内容。在无锚场景下,设计了基于DSDV路由协议的无锚多节点互测距算法和简易的簇内共享协议。在上述研究的基础上,设计和研制了单兵测距测向系统样机,完成了各类环境下的测距、测向和有锚多节点互测距实验,验证了所设计系统的可行性。
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