第一章绪论
1.1背景和意义
本课题在现有的无线定位技术的基础上，着眼于未来实际应用的角度，针对自然灾害事故现场环境下人员搜救的要求，提出新的思路与方法，利用目前广泛使用的移动通信设备，搭建信号探测接收平台，建立复杂环境信道传播模型，通过高精度定位算法求解目标位置，最终目标是实现一套高精度的手机定位系统。无线电定位技术是射频技术的一种重要形式，该技术是利用无线电信号的电参数获取定位参量，再采用合适的定位算法计算出目标所处的位置[1]。它己被广泛应用于军事任务、公安执法、车载导航、紧急救援等领域。当今的无线定位系统大致可分为主动式定位系统和被动式定位系统。主动式定位系统的代表技术主要有全球定位系统（Global Positioning System, GPS)，辅助全球定位系统(Assisted Global Positioning System, AGPS),通讯基站定位（Location BasedService，LBS)，Wi-Fi 定位技术（Wi-Fi Positioning System)等。不可否认，上述定位系统极大地改善了人们的工作效率和生活质量，然而它们主要解决了大范围、相对简单信道情况下的定位问题，且定位精度一般在3米至20米。除此之外，由于主动式定位需要用户或移动设备上的客户端程序主动发起定位请求，这一特点使其在灾害以及事故现场并不适用。被动式定位系统的代表技术主要有超宽带定位技术（Ultra-Wideband Positioning System, UWB), RFID 射频识别被动式定位等技术。以上被动式定位系统具有定位精度高、成本低、抗干扰能力强等特点，非常适合室内复杂的环境。然而，它们旳应用需要预先将定位标签等终端设备植入被定位物体中才能实现定位，故只能应用于管理场合。
1.2国内外研究现状及存在的问题
本课题研究应用于灾害搜救场合复杂信道环境下的探测与定位系统，由于其应用的特殊性和自身技术的挑战性，无论是国际还是国内在这一方面开展的研宄工作均比较少。我国无源定位技术发展较晚，国内有一些高校在从事基于移动通信的蜂窝网无线定位技术的研宄，如西安电子科技大学电子对抗研究所就有幵展无源定位与跟踪方面的研宄，并取得了一定的成果，特别指出的是，我本科老师刘聪锋教授领导的团队就在开展无源定位算法方面的研究，其研究定位方法值得借鉴[3]。
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第二章灾害现场无线探测与定位技术
2.1灾害无线探测关键技术
图2.1展示了我们建立的定位系统研究方案。一方面探索灾害现场受害者手机与接收系统组成的无线环境信道特征，采用合适的软件模拟仿真，建立信道参数化传播模型，同时采用实地现场测量的方法获取信道参数统计量，建立数据库，从而总结出无线信道传播规律；一方面搭建信号接收平台，探索和检测受害者随身携带的手机信号，获取接收信号的功率、时延等信息，最后通过己测得的信号到达参量信息（如幅度衰减、时延等）和无线信道传播规律，开发合适的定位算法，计算出手机信号发射源的位置，最终输送到计算机或其他终端显示出来。
2.2无线定位技术
最近，我国自行研制开发成功了有源定位与通信系统，即北斗卫星导航系统，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。2011年12月27日，中国政府正式宣布北斗卫星导航系统试运行启动。该系统的幵放服务向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。北斗系统目前己经广泛应用于交通、通信、电力、金融、气象、海洋、水文监测等各个方面。特别是在2008年南方的冰冻灾害，四川泣川的抗震救灾，以及青海玉树的抗震救灾中发挥了巨大的作用。这是我国有源导航定位技术取得标志性突破的一个重要里程碑。
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第三章无线信道的建模与仿真分析........ 25
3.1无线信道的数学建模 ..........25
第四章无线信道测试实验 ...........49
4.1无线信道测试方法 ..........49
第五章总结与展望 ...........63
第四章无线信道测试实验
4.1无线信道测斌方法
直接脉冲式信道测量能够在时域给出信道的功率延迟分布PDP，测量平台如图4.1所示，它包括收发天线、脉冲发生器、放大器和数字示波器。为了准确测量信道的时域特性，发射信号脉冲宽度必须足够窄，使得多径到达的信号不发生混叠，且有足够的时间分辨力，一般采用高斯脉冲波形及其变换形式。如果将数字示波器设置为平均模式，则它能够直接给出信道的功率延迟分布PDP。
4.2无干扰环境信道测试
为测量无干扰环境下无线信道的传播参数，我们首先在微波暗室内做了 一系列实验採索，米用如图4.3所示的测试。这套测量方案以频谱分析仪为核心设备，能够测量信号到达接收端的功率、幅度、信号功率谱密度等信息，可用于信道的传播路径损耗分析，进而探索信道的大尺度衰落特性。
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第五章总结与展望
我们提出的灾害无线探测定位方案需要进行手机信号诱导发射、信号接收与检测、灾害信道传播规律、无线定位算法四个方面的研宄工作，本文详细探讨了灾害定位系统关键技术及其解决方案，并重点对无线信道传播规律做了模拟和测试研宄。总结全文，本文取得的研宄进展如下：1.提出了灾害现场无线探测定位的系统方案及其关键技术解决思路。2.建立了一种可用于分析灾害环境无线信道的模型。时域模型直观上给出了信道两端收发信号的解析关系，而频域全极点随机过程模型能够解释信道的多径成分对信道频率响应的结果，表征障碍物的多径效应。该全极点模型预测的信道频率响应能够和测量仪器对应的傅里叶估计值吻合得很好。3.详细分析探索了灾害现场可能存在的各种材料障碍物对信号传播的影响，包括穿透、反射效应等。通过理论数值计算、模拟仿真、测量三方面来分析比较，材料的穿透损耗理论值与部分测量值接近。多层障碍物的穿透效应可由统计学的方法预测，而复杂无规则的障碍物分布状况由于无规律可寻，理论研究难度大，只能采用场景模拟和整体信道测量的方法来研宂。4.对灾害现场进行了场景模拟和软件仿真，并设计了一款多频手机天线，分析手机信号被障碍物阻挡后周围的信号分布及辐射规律。文中对手机被湿土、千燥土壤、砖头、人体等阻挡或包围的情况下进行了模拟，采用全射线跟踪法分析其影响，还采用了有限元法对真实设计的手机多频天线信号辐射情况进行了模拟与分析。
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参考文献（略）