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《北京林业大学》 2012年
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人工林内无线遥测信号传输绕射规律的研究

徐云杰  
【摘要】:林内无线传感器网络采用的2.4GHz信号绕射能力较差,在林内立木后方较近的范围内存在信号盲区,研究2.4GHz射频信号在林内的传输衰减与遇树干时的绕射规律,建立场强模型和活立木绕射盲区计算方法是林内立木胸径无线传感器网络优化布置策略的理论依据。 本文在充分分析和借鉴己有的国内外关于林内信号传输衰减、电磁波传播理论及其他相关学科领域研究成果基础上,以人工林内无线射频信号传播为研究对象,对绕射场强和盲区进行了研究,研究内容和研究结果如下: 1.论文分析了信号传播的环境及信号发射的硬件设施。 2.研究了信号在人工林内的总传输特性;结合人工林的配置特点,以四层独立介质层分层独立分析建模的方法对射频信号在人工林内的总体传播模型进行了简化,提出树冠衰减屏和树干吸收屏的概念,并给出了电磁波在人工林介质中传播损耗计算公式L=L(Z)+L(S)+L(X). 3.应用一致性几何绕射理论(UTD)以多边形近似法简化了活立木模型,研究了模型的信息存储,应用反向射线跟踪法解决了人工林内信号的路径搜索及传输寻迹问题,求出了接收点已知和未知两种情况下绕射路径的通用解Q(t)=p1+t(p2-p1). 4.在总体传输模型及射线追踪研究结果的基础上,对吸收屏(林内树干部分)进行了重点研究: (1)提出了活立木垂直入射和斜入射两种条件下的绕射模型; (2)应用电磁波理论、Fresnel-Kirchhoff原理和UTD理论推导了活立木绕射场求解公式,En(S)=EN-1(Q)D(θ)A(s)exp(-JKS SINγ)exp(-jkz COSγ); (3)对近似计算造成的阴影边界处过渡区的不连续,采用了过渡区修正,得出了修正绕射系数表达式D(1)=-exp(-jπ/4)×cotγ(1)F(2kLn2sin2γ(1))/2n√2πκ。 (4)分析了绕射盲区的影响因素,在计算焦散距离的同时得出了盲区计算公式-(κΡ/2)1/3+π/2≤θ≤(κΡ/2)1/3+π/2; (5)以白杨木人工林为采样区域,进行活立木绕射场仿真模拟,验证了模型的正确性。 本文的研究结果为无线传感器网络优化布置策略提供了一个新思路,成果也可为林区的其他射频信号通讯技术开发提供理论支撑。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN911.7;TP873

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【参考文献】
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