用于在挖泥机下定位人员的自治系统

描述

用于在挖泥机下定位人员的自治系统

以倒塌的建筑物为先导的各种灾难仍然处于封锁状态，蜂窝网络已退役。可以使用手机发出的信号定位个人。

该项目的目的是使用放置在受灾地区附近的接收设备创建灾区的无线电地图。

一般系统由两类设备组成：一台中央设备和若干位于分析区域周围的接收设备。

接收设备由：GPS 模块、加速度计模块、来自设定频率范围的无线电检测模块、用于向中央子系统传输信息的模块组成。

中心设备包括：GPS模块、加速度计模块、接收设备信息接收模块。校准模块是基于信号处理卡对传播模型进行测量，并通过FPGA算法并行计算，准确判断无线电信号源的位置和整个系统构建的地图上的图形解释。

无线电定义软件 (SDR) 是一项创新技术，适用于需要无线电链路的广泛领域。与经典无线电架构相比，SDR 技术提供了一种高效且相对便宜的解决方案，在架构方面非常灵活。简单地说，SDR技术代表了无线电链的所有元素，其中一些功能，甚至全部功能由软件定义。无线电限定软件 (SDR) 的优势，例如源代码的重用或关键 SDR 架构元素的轻松更新，导致针对软件定义无线电设备 (SDR) 的最终目标制定特定标准，即可以在其上实现这些功能的通用平台作为无线电链实现的一大优势。

认知无线电是研究新无线电通信技术的最新概念。一旦无线电限定软件成为现实，无线电认知技术就是发展无线电通信的下一步。无线电认知的想法源于以更有效的方式使用无线电频谱以及在给定条件下使用最有效的通信形式的需要。使用现有技术，可以设计和开发能够分析无线电频谱、检测自由频率并在给定条件下使用最佳通信形式的无线电系统。这样，无线电认知技术能够独立选择频段、调制类型、调整输出功率，同时考虑到特定地理区域法律要求的通信条件和规则。

一、定义

ITU：认知无线电是一种分析无线电频谱的特定频谱的系统，能够根据机会调整其自主和动态参数。

FCC：认知无线电可以根据与其运行的无线电频谱的交互来调整其传输参数。

NTIA：认知无线电是一种能够分析电磁环境（其工作的频谱）并能够动态和自主地修改其操作参数的系统，例如：发射控制、最小化干扰、促进互操作性（适应不同类型的调制）。

WWRF：Cognitive Radio是指对射频时间-频率-功率参数进行动态测量和分析，以优化选择工作频率、带宽，实现优质通信。

 

 

无线电认知的方块图

无线电认知架构

在无线电认知概念中，射频部分必须非常灵活，不仅可以扫描频段，还可以选择占用不同带宽的工作模式。为此，需要非常灵活的前端（输入电路）；因此，信号数字化必须在天线端子处或附近进行，模拟前端不在讨论之列。

对于这样的性能，需要具有巨大动态范围、能够在超过 GHz 的频率下运行的转换器。以今天的技术水平，这是不可能的，无法满足无线电认知的要求，但是，毫无疑问，这将在不久的将来发生，使无线电认知成为现实。

一对天线之间的传播衰减表示发射功率与接收功率的比值，一般用分贝表示。包括与电磁波与发射天线和接收天线之间的任何物体之间的相互作用相关的所有可能的缓解因素 [9]。对于受快速衰落影响很大的信道，例如移动信道，传播衰减适用于几个衰落周期内的功率（局部平均衰减）。这些衰减难以直接测量，因为必须考虑无线电系统中的各种缓解和增益。这些最好通过建立传输预算来分析，这通常是分析无线电通信系统的第一步。为了有效地定义传播衰减，必须考虑系统中的缓解措施和收益。直接无线电链路的元素如图所示。

 

 

在文献中，有许多方法可以在灾后情况下从损坏的源头传播无线电波。

因此在[1]中提出了一个具有大尺度衰落的经验模型，该模型能够分别估计900和1、800 MHz的GSM频段在地震下基站和手机之间的衰减，该模型由两部分。第一部分是基站与废墟外穿透点之间的自由空间中的路径衰减，使用 Walfisch-Ikegami 模型计算。第二部分介绍了一个简化的模型，代表废墟的衰减。该模型参考了一种理想结构，由平行的分层废墟组成，并假设路径通过分层结构的衰减是线性的；后续研究将分析真实紧急情况下出现的“混沌结构”。

此外，在 [2] 中研究了两种可能的情况。第一种情况是指高度灾难的情况，或完全倒塌的建筑物。发射源被大量碎片掩埋，信号被大量干扰元素大大衰减。在第二种情况下，使用部分受灾建筑物进行测量，广播源（868 MHz）在其中之一，发现无线电信号受到多径传播的影响很大。

在 [3] 中，在暗室中模拟了灾难场景，测量了这种情况下典型障碍物（钢筋混凝土和砖块）的衰减。已经得出结论，这些材料在 900 和 1800 MHz 的频率下表现不同，多径传播和衍射现象以不同的方式影响不同的无线电信号。

在 [4] 中研究了电磁屏蔽的发展，能够保护大型建筑物内的电子设备免受武器电磁的影响。实验是在三座计划通过内爆拆除的大型建筑物中进行的，测量是在不同的频率下进行的，包括用于移动电话的频率，分别为 900 和 1800 MHz。购买了三组数据。

1. 内爆之前 - 排放源位于建筑物的不同区域，测量是从外部进行的。

2. 在内爆前、内爆时和内爆后立即比较完好建筑物和内爆后废墟接收到的信号功率。

3. 第三组数据架设，监测通过建筑物倒塌后裸露的金属碎片（钢筋、长电线）接收到的信号。这些金属元素就像辐射体一样，在某些情况下可以大大改善信号的接收。

该项目被引导到自主机器人平台的开发

尽可能准确地搜索和定位下面的无线电广播源

拆除。为此，人们设想并实现了无线电和广播无线电模块，这

足够小以集成到机器人平台上，价格便宜但在相同的安全操作时间内，主要目的是进行类似于实验室仪器精度的测量。图 6.1 显示了从地下无线电设备接收信号并通过数字系统购买的一般框图。

参考

[1]Ling Chen、Marc Loschonsky、Leonhard M. Reindl – “灾难和救援场景中移动通信的大规模衰落模型” – 无线通信和信号处理 (WCSP)，2010 年 IEEE 国际会议

[2] Alessandro DiCarlofelice、Emidio DiGianpaolo、Mauro Feliziani、Pierro Tagnolatti –“灾难后历史城镇废墟下电磁传播的实验特性”– IEEE 车辆技术汇刊，卷。64，没有。6、2015年6月

[3] Lun-Shang Chai、Jiao He、Xing-Chang Wei – “本地化救援系统的无线电信道建模和测量” – IEEE 会议出版物，卷。2, pages1060-1063, 2013

[4] Christopher L. Holoway、Galen Koepke、Denis Camell、William F. Young、Kate A.Remley – “三座大型公共建筑倒塌之前、期间和之后的传播测量” – IEEE 天线和传播杂志，卷。56，没有。3、2014年6月

[5] Jiao He、Er-Ping Li、Sai-Qiong Zhou、Kun Liao – “废墟环境中无线电信道的实验特性” – IEEE 天线和无线传播快报，卷。2016 年 15 日