[发明专利]玉米大田无线传感器网络信道多尺度衰落模型的建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体涉及玉米大田无线传感器网络信道多尺度衰落模型的建模方法。

背景技术

农业大田主要是指那些进行大面积作物种植的土地，一般用于大田种植的作物有：小麦、玉米、马铃薯等。基于无线传感器网络的农业大田种植环境信息的采集、传输、监测已成为高质量种植生产的重要环节。无线通信是无线传感器网络数据传输的基础，无线信号在传播过程中，受不同种类障碍物的影响会发生不同程度的反射、散射和衍射等现象，造成信号能量的衰落，以及时延、相位、频率等的变化。农田中作物每年都经历不同生长阶段，这些阶段的枝叶密度差异很大，对信号传播产生不同程度的影响。

现有的无线网络信道衰落建模研究中，有的研究重点是信号大尺度衰落与环境因素之间的相互关系，有的研究需要可分辨多径路径，有的研究仅研究信号大尺度建模，有的研究仅从理想的统计模型出发进行信号小尺度建模。

现有方案的缺点在于：

1、研究重点是信号强度与环境因素之间的相互关系的方案并未考虑小尺度衰落对信号强度与信号质量的影响，对环境特征参数的选取不够准确；

2、研究需要分辨多径路径的方案需要有效区分各反射、散射分量，并对每一条路径进行参数重建，但在实际应用中，尤其是在农田生产环境中，由于遮挡物密集，信道条件复杂，无明显的可分辨多径路径，也就无法用有限的数条反射、散射路径对信道进行描述重建；

3、仅研究信号大尺度建模的方案并未将农田的复杂渐变环境因子对信道传播模型的影响进行深入研究讨论。此方法虽可以在大尺度上描述信道环境，但因没有与现场环境参数进行关联，也就无法依据可测量的环境参数对类似场景中的衰落因子进行预测分析，实用价值低；

4、仅从理想的统计模型出发进行信号小尺度建模的方案通过建立无线信道中的散射体几何分布，采用射线跟踪等方法来研究建模，但玉米生长环境复杂渐变，无明显可分辨多径，难以采用射线跟踪方法进行小尺度建模。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术没有考虑在玉米种植复杂环境中，多种传播方式同时存在及无明显可分辨多径影响，且并不完全相互独立的两种尺度衰落对信号传播特性的影响以及玉米种植复杂环境下的多种影响因素，导致无线网络信道衰落建模精度低甚至不能建模。

为此目的，本发明提出玉米大田无线传感器网络信道多尺度衰落模型的建模方法，该方法包括：

S1.根据采样区域内影响无线信号传播的环境因子，提取造成信道时空差异化的关键因子；

S2.在不同环境因子及关键因子条件下，采集采样区域内的无线信号传播特征数据；

S3.根据采集的数据及所述关键因子，进行信道多尺度衰落模型建模。

其中，在步骤S1中，所述环境因子包括采样区域内作物的高度H_p、作物的叶面积A_l、作物的茎秆面积A_c、作物的果实表面积A_f、采样区域内土地面积A_G、发射天线与接收天线之间的距离d；所述关键因子包括作物的遮挡高度H_b、作物的表面积密度指数PSAD，所述H_b=H_a-H_p，其中H_a为天线高度，所述PSAD的计算公式如下：

PSAD=Al+Ac+AfAG×Hp.]]>

其中，在步骤S2中，所述无线信号传播特征包括：信号强度、误包率。

其中，在步骤S2中，所述采样区域包括H_b＞0的采样区域及H_b＜0的采样区域，所述无线信号传播特征数据包括H_b＞0的采样区域的无线信号传播特征数据及H_b＜0的采样区域的无线信号传播特征数据。