基于无线自组网的协同山区搜寻信息融合技术研究

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近年来,火灾、地震、飞行器失事等突发事件频发,及时、准确地探测灾情和搜寻遇难者是应急任务的关键问题之一。山区地理环境复杂、基站覆盖率低、遮挡严重,加之火灾、地震等伤害性大,给人工或单架无人机搜寻带来挑战。相比于人工或单架无人机搜寻,多无人机协同山区搜寻不仅可以避免人员伤亡,也可以从不同角度探测相同区域,利用观测的空间多样性提升搜寻准确性。多无人机探测到的信息通过信息融合技术进行整合,融合的性能直接影响应急搜寻性能。无线自组网为山区环境多无人机自主协同融合提供支撑,但也带来通信时延、误码等约束。本论文面向山区应急搜寻任务特点和需求,研究基于无线自组网的协同信息融合技术,为救援决策提供信息支撑。论文的主要研究内容包括:1.考虑传输数据量影响,分析对比不同层级的信息融合技术特性,为山区应急搜寻信息融合层级的选择提供指导。按照融合层级不同,信息融合分为数据级、特征级和决策级融合,不同层级融合的特征和性能存在差异,且基于数字通信的融合性能受传输数据量影响。本文基于二元假设检验问题,考虑有限传输比特的影响,对比不同层级融合的特性。仿真显示,在传输数据量不少于2bit的情况下,不同的探测信道条件下数据级融合的性能始终高于特征级和决策级。因此,为满足应急搜寻的高准确性需求,本文选择数据级融合作为后续研究基础。2.建立理想通信环境下的分布式协同数据级融合系统模型和性能模型,为面向应急搜寻准确性和实时性需求的搜寻网络参数选择提供支撑。山区环境障碍遮挡严重,可能导致部分节点处于通信盲区而无法参与协同信息融合。若采用集中式融合,当融合中心处在通信盲区时可能导致整个系统瘫痪;而分布式融合则不受单一融合中心限制,更适用于山区环境下的协同融合。本文研究分布式协同数据级融合,建立理想通信环境下的信息融合性能闭式解模型,并分析参数与融合准确性和实时性的关系。仿真显示,理想通信环境下可以尽可能增大搜寻网络的连通度,以降低融合时延。3.进一步分析丢包、误码等非理想通信因素对分布式协同融合性能的影响,设计更适用于非理想通信环境的分布式数据级融合算法。山区恶劣通信环境下误码、丢包较为严重,直接影响融合的性能。本文分析非理想传输环境下的融合性能,设计基于探测信道和汇报信道质量混合加权的信息融合算法,以降低恶劣通信环境对融合性能的影响。仿真显示,在10个节点的非理想通信网络中,当虚警率为10%时,所设计算法可以使融合信息准确性提升20%以上。
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