基于3维泊松点过程理论的无人机协助的异构网络模型及其性能

针对紧急热点场景中的基站缺乏灵活性问题,提出基于泊松点过程的无人机协助的异构网络模型.为了准确反映真实场景,假设宏基站在地面2维分布,无人机作为小基站在空间3维分布,地面用户通过最大接收功率级联准则选择通信基站.仿真分析性能参数间的定量关系,结果表明：相对于2D,3D模型,该文模型能更精准地描述覆盖概率;使用多个低功率的无人机小基站协助地面基站通信,能改善整个网络的覆盖性能;部署网络时需对路径损耗做适当选择.因此,该文模型具有有效性.     

基于随机几何理论的多层异构蜂窝网络性能分析

为分析多层节点覆盖的异构蜂窝网络性能,采用独立的齐次泊松点过程分别对异构网络中的各层基站分布进行了建模,选择最强信号干扰噪声比(SINR)基站的接入方案,推导出多层异构蜂窝网络的覆盖概率,并且通过仿真实验分析了影响整体网络覆盖概率的因素.实验结果表明:多层异构网络在小基站密度和发射功率处于适当值时有较好的覆盖率性能.     

基于用户簇分布模型的三维异构蜂窝网络覆盖概率分析

采用随机几何理论分析异构蜂窝网络性能时,通常假设用户均匀分布且独立于基站。但在实际的异构蜂窝网络中,小基站一般部署在热点地区或覆盖盲区,因此,小基站与用户的空间位置存在相关性。针对三维空间中蜂窝用户以小基站为父节点的Matern簇过程和Thomas簇过程进行建模,再采用最大信号干扰比(signal to interference ratio, SIR)的小区接入准则,在瑞利衰落信道下推导出下行链路的覆盖概率;通过蒙特卡罗仿真验证理论结果,分析用户簇过程的半径或方差、SIR门限值、小基站密度和小基站功率对覆盖概率的影响,并比较三维用户簇分布模型、三维用户均匀分布模型和二维用户簇分布模型的网络性能。实验结果表明基于三维用户簇分布模型的异构蜂窝网络具有较好的覆盖概率。     

基于无人机激光雷达技术的开采沉陷监测方法与参数反演

矿区开采沉陷监测与预测对于煤炭安全生产来说至关重要,目前煤矿地表沉陷监测的主流手段均有一定的局限性,存在精度与效率不能兼得的问题。利用无人机激光雷达(unmanned aerial vehicle lidar, UAV LiDAR)技术可以实现矿区地表三维点云的快速获取,建立多期数字高程模型(digital elevation model, DEM),两期DEM相减即可得到沉陷盆地,具有高效高精的特点。对无人机激光雷达地表沉陷监测的原理流程和概率积分预计参数动态反演方法进行了分析讨论,以内蒙古唐家会煤矿为例,设计了无人机激光雷达飞行方案,采集了两期激光点云数据,并对实测数据进行了组合解算、融合、滤波,建立两期DEM,求取了观测时间段内的地表下沉盆地,并进行了全盆地动态反演,得到测区概率积分预计参数。结果表明：DEM精度分别为34 mm和37 mm;下沉盆地精度为50 mm,结果对于煤矿开采沉陷监测与预测来说是相对可靠的,为无人机激光雷达应用于地表监测提供了案例。     

城市无人机毫米波通信网络建模与性能分析

为克服毫米波信号的穿透能力弱,易被遮挡的问题,综合考虑城市地区建筑物特性与毫米波传输特性,提出一种无人机辅助的城市地区毫米波网络。基于随机几何理论,对提出的网络建模,无人机和建筑物的位置建模为两个独立分布的泊松点过程,建筑物的形状建模为长方体,高度服从瑞利分布。基于此模型,推导得到一个典型用户覆盖率的近似表达式。仿真结果表明,近似表达式在降低了计算复杂度的前提下,与仿真结果吻合,验证了近似分析的有效性。理论结果表明,存在最优无人机部署高度和密度,使系统覆盖率最大化。     

基于随机几何理论的无线Ad Hoc网络传输容量分析

考虑实际通信系统中数据传输速率及可变的链路传输距离,利用随机几何理论对瑞利衰落环境下中断概率的精确表达式及渐近表达式、传输容量的渐近表达式进行了推导,并与采用固定链路传输距离下的中断概率、传输容量性能进行了比较.仿真结果验证了理论推导的正确性,并表明:由于实际通信系统通常是一个低中断概率系统,因此传输容量的渐近表达式的分析结果可看作其精确结果的有效近似值,通过渐近表达式,能够更好的体现网络传输容量与网络设计参数之间的关系,另外,实际通信系统中链路传输距离的变化对传输容量性能的影响不大.     

无人机联合D2D应急通信网络的性能分析

无人机与D2D(device-to-device)通信技术相结合可作为应急通信网络的可行选项之一,但存在复杂的同频干扰问题。为了降低干扰,提出一种无人机配备定向天线阵列的网络。以系统内用户作为主要研究对象,利用随机几何理论,对所提网络进行系统建模,将D2D通信用户以及无人机通信用户建模为两个独立分布的齐次泊松点过程,推导了D2D用户成功传输概率的精确表达式以及无人机通信用户成功传输概率的上下界理论表达式。仿真结果验证了理论公式的准确性,且相比全向天线,无人机配备定向天线可以有效地提高网络性能。同时,存在最优的无人机高度以及密度,使系统和速率最大化。     

无人机倾斜摄影测量构建悬索桥三维模型与病害检测——以邵阳市桂花大桥为例

为解决大型桥梁病害检测工作存在检测难度大、效率低的问题。以邵阳市桂花悬索大桥为实验对象,利用无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)搭载单镜头相机,按照“井字飞行”和“环绕飞行”两种航线飞行模式进行倾斜摄影测量构建悬索桥三维实景模型。利用三维模型测绘软件EPS测量悬索桥特征点几何要素,进行悬索桥构件几何参数和病害的检测。实验结果表明：利用无人机倾斜摄影测量构建的三维实景模型纹理清晰,外观效果较好,还原了桥梁的真实形态。利用全站仪实测数据进行精度验证,“井字飞行”和“环绕飞行”两种模式构建的三维模型均具有较高的几何精度。“环绕飞行”模式相对于“井字飞行”模式在作业效率、影像数据量等方面具有明显优势。基于无人机倾斜摄影测量构建的桥梁三维实景模型能发现和定位显著的病害,可为其他工程应用提供借鉴和参考。     

动态步长BI-RRT的无人机航迹规划算法

为解决传统RRT算法收敛速度慢、生成的航径距离过长等问题,提出动态步长BI-RRT算法。首先,采用引向目标的采样策略对空间进行探索以得到采样点,利用动态步长策略确定该采样点的增长步长以确定新节点;之后,通过树枝裁剪策略对新节点进行调整,当探索到目标节点时,算法返回初始航迹,对于初始航迹,应用贪心算法对航迹点进行筛选,以减少无人机(UAV)的无效节点与总航迹长度;最后,利用B样条进行平滑处理,得到一条可行航迹。搭建了二维和三维环境下的仿真地图模型,验证了该算法在保证无人机避障的基础上获得一条有效航迹。动态步长BI-RRT算法在无人机航迹规划方面不仅有实时性强、航迹光滑的优点,而且与分段优化RRT算法相比,在优化航迹节点个数的前提下,提高了收敛速度且降低了航迹距离。     

无人机自组织网络组网与接入技术的仿真设计与实现

描述了面向无人机(UAV)自组织网络的组网技术和接入技术,提出了针对时延的改进接入技术,以增加一部分低优先级消息的时延为代价,降低另一部分高优先级的消息的时延.选择基于C++和Python语言的网络模拟仿真软件NS3作为开发平台,编程实现UAV自组织网络的接入和组网技术仿真.     

三维空间中近距离多天线信道的容量分析

针对多天线系统在近距离和远距离2种场景下信道矩阵的差异,基于球面波模型进行信道容量分析,并通过使用球面波模型（spherical wave model,SWM）,研究了三维空间中近距离多天线直线传播（line of sight,LOS）信道容量。相比现有基于信道测试和计算机仿真的研究方法,在三维空间中建模任意方向的线性天线阵列,给出球面波模型下的近距离LOS信道矩阵,在此基础上推导了近距离LOS信道容量的闭式解。通过信道容量的闭式解和计算机仿真分析了影响近距离LOS信道容量的参数,揭示了近距离LOS信道容量的本质特征。理论和分析结果表明,在三发三收近距离LOS信道中,信道容量是“类余弦”的函数,即具有类似余弦函数的周期振荡特性,其变化特征由波长、阵元间隔、收发通信距离和阵列方向完全决定,通过合理设计这些参数使近距离 LOS 信道容量达到最大。