基于灾害搜救场合的微弱信号检测研究和新型无线定位系统设计

摘要

众所周知，我国是一个灾害多发的国家。地震、滑坡、泥石流，房屋倒塌等等往往会造成人员被困，埋在废墟之中。为了对压埋的幸存者进行搜救，传统上人们采用搜救犬、生命探测仪的方式。但是这些方式都存在一些局限，如效率低，持续工作时间短。鉴于现在绝大多数人都携带手机，且手机信号比生命体征信号强，提出一种通过定位幸存者的手机信号来确定他们位置的无线定位技术，从而快速有效地进行人员搜救。
　　要对手机信号进行定位，首先要接收到手机信号。在一个固定的频率上检测是否有信号称为频谱感知。本文首先分析了高斯信道和瑞利信道的频谱感知性能，并且对瑞利信道下提高频谱感知性能的几种常见的融合准则进行介绍和对比。根据大量仿真和分析，提出了具有最优检测性能的融合准则。此外，本文分析了报告信道对各融合准则检测性能的影响，发现了在报告信道有误差时所有融合准则的检测性能曲线都有虚警概率下限的规律，并推导了该虚警概率下限的表达式。虚警概率下限是融合准则检测性能恶化的一个度量标准，其表达式的推导可为检测性能提高提供指导。
　　基于文献调研，本文提出了一种适用于灾害搜救场合的无线定位系统，并搭建了该系统的软硬件构架。其基本工作原理是:救援基站模块首先诱发搜救区域的手机向外持续发射信号，然后系统接收该手机信号，并结合信号在无线信道中的传播规律，采用合适的定位算法计算目标手机的位置。为了验证该方案的可行性，本文设计了一个演示系统:通过三个节点测量手机信号场强并同时用GPS模块记录每个节点的位置，最后用定位算法求解出手机位置。针对该验证系统，本文着重于定位模块的设计，即用GPS模块和FPGA实现提取GPS信号的经度和纬度信息，并将其转换为直角坐标。此外，本文设计了救援基站的部分功能模块:射频前端模块，基带处理模块和ADC模块。

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致谢

摘要

缩略词表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义概述

1．2 国内外研究现状及存在的关键问题

1．2．1 无线定位系统研究现状

1．2．2 频谱感知的研究现状

1．3 本文主要研究内容和结构安排

第二章 频谱感知性能研究及仿真

2．1 频谱感知的基本模型

2．2 基于能量检测的频谱感知

2．3 AWGN信道下的频谱感知

2．4 灾害信道下的频谱感知技术

2．5 协作频谱感知

2．6 本章小结

第三章 基于频谱感知融合性能的优化

3．1 求解最优检测性能的融合算法

3．2 非理想报告信道对最优融合算法的影响

3．2．1 报告信道的错误概率

3．2．2 比特误码率对信号融合算法的影响

3．2．3 比特误码率对最优融合算法选择的影响

3．3 本章小结

第四章 无线定位系统设计和部分硬件电路实现

4．1 无线定位系统整体设计

4．1．1 无线定位系统设计关键步骤

4．1．2 无线定位系统设计思路及框架

4．1．3 无线定位系统的演示系统实现

4．2 实现接收机的相对直角坐标的计算

4．2．1 硬件介绍

4．2．2 FPGA串口功能的实现和经纬度的提取

4．2．3 由经纬度信息求解直角坐标系

4．3 救援基站部分功能模块的设计

4．3．1 射频接收前端

4．3．2 基带转换电路

4．3．3 ADC电路

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

研究生期间发表的论文与专利

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