复杂环境中直升机应急起降的无线紫外光引导技术研究

The atmospheric scattering of wireless ultraviolet (UV) light makes all weather operations and non-line-of-sight (NLOS) communication with a wide field possible. The UV NLOS communication can be applied in helicopter emergency landing guidance under complex environment. This application aims at researching the wireless UV guiding technology of helicopter emergency landing in complex environment. The researches in this project include: the perception technology of airport environment, helicopter landing guiding technology, wireless UV communication turbulence channel model, wireless UV MIMO communication technology based on angle compensation and so on. The research is distinguished as: (1) On the basis of the theoretical analysis and experiment, the environment perception model and wireless UV turbulent channel model is established. The models are suitable for the system of helicopter emergency aided landing. Moreover the landing field environment information can be obtained quickly and accurately. (2) The method of helicopter positioning and guiding based on UV array scanning is researched. A combined solution of multidimensional scanning and wireless ultraviolet array is designed. It can solve the problem of rapid positioning and auxiliary landing security under emergency cases when helicopter arrived near the landing area. (3) The system model of wireless ultraviolet MIMO communication is established. Based on this model, angle compensation and fountain codec are adopted. It can guarantee the efficiency and reliability of data communication. This research will provide theoretical basis and engineering guidance for wireless UV guiding technology of helicopter emergency landing.

无线紫外光散射通信能实现全天候和特殊地形环境的非视距宽视场通信，可满足复杂环境中直升机应急起降引导的需要。本项目拟针对复杂环境中直升机应急起降的无线紫外光引导技术进行研究，包括机场环境感知技术、直升机起降无线紫外光引导技术、无线紫外光通信湍流信道模型、角度补偿的无线紫外光MIMO通信技术等。本项目创新之处：1)采用理论分析和实验相结合的方法，建立适用于直升机应急辅助起降系统的环境感知模型和无线紫外光直升机起降湍流信道模型，从而快速准确的获取降落场环境信息；2）研究基于无线紫外光阵列扫描的直升机定位引导方法，设计一种多维扫描和无线紫外光阵列相结合的方案，解决应急情况下直升机抵达降落场附近后的快速定位和安全辅助起降问题；3）建立无线紫外光MIMO通信系统模型，采用角度补偿和喷泉编译码方案，实现快速编译码和数据的高效可靠传输。本项目研究将为直升机应急起降无线紫外光引导技术提供理论基础和工程指导。

本课题针对复杂环境中直升机应急起降的无线紫外光引导技术进行研究，包括无线紫外Ad hoc网络中网络覆盖和网络成本优化、直升机起降无线紫外光引导技术、无线紫外光通信湍流信道模型等。主要研究成果有：.1. 讨论了平面上无线紫外Ad hoc网络中网络覆盖和网络成本优化等问题，提出了基于遗传算法的分级区域覆盖优化算法(GACOA)。针对三维空间环境中无线紫外Ad hoc通信网络的覆盖控制问题，设计了一种三维无线紫外Ad hoc网络组网策略(UVNNS)。.2. 分析了无线紫外光非直视通信单次散射模型，在此模型基础上分析了紫外光通信的路径损耗，并以信噪比的定义为基础提出了适合于紫外光NLOS通信的信噪比估算方法。.3. 根据无线紫外光通信网络中不同调制方式的网络连通概率和不同收发仰角的路径损耗模型，研究了不同非直视通信方式对网络连通性能的影响。.4. 针对直升机助降中的信道条件，采用喷泉码来实现直升机的助降引导，对两种典型的UEP-LT码编码方案进行了研究，在该编码方案的基础上，提出了一种分步式UEP-LT码。.5. 针对高压输电线路存在的放电现象，采用光电倍增管进行紫外电晕放电检测，对电晕放电检测系统进行了软硬件设计。.6. 通过对无线紫外光通信湍流信道模型进行分析，研究了紫外光通信中的大气湍流对通信性能的影响。.7. 分别从雾霾粒子的散射光强度与散射系数两个方面来分析雾霾粒子的散射特性，然后对日盲紫外光非球形粒子的散射特性进行了研究。.本课题对应急起降中的关键问题进行了研究，设计了一套基于无线紫外光通信的直升机应急起降系统样机，为无线紫外光引导直升机起降奠定了理论基础和提供技术支撑。