隧道场景无线自由波信道测量、特性分析和建模研究的任务书.docx

隧道场景无线自由波信道测量、特性分析和建模研究的任务书
任务书
一、任务背景和目的：
现代交通工具的快速发展与城市化进程的加速推进，越来越多的城市需要建设大型交通隧道，以缓解城市交通拥堵压力。然而，隧道的特殊环境对通信和导航技术提出了严峻的挑战，大大影响了移动通信设备和无人驾驶系统的性能和使用体验。因此，深入探究隧道内二维无线自由波信道的特性，推导出详尽的数学模型，对开展隧道场景下的通信系统设计、优化和测试至关重要。
本研究的主要目的是：在具有典型谐振条件的长直井隧道模型中，对2.4GHz波段的自由波信道进行测量、特性分析和建模研究，旨在为隧道场景下无线通信系统的优化提供可靠的数据支撑和科学指导。
二、主要工作内容：
（1）建立长直井隧道模型：根据实际情况精准测量隧道模型的尺寸和形状，确定模型内设备放置的位置和朝向。
（2）自由波信道特性测量：使用标准天线对隧道通道内固定位置的发射与接收点进行信号发射与接收，记录各点处的接收信号功率和传播延迟，并测量带宽、频谱、相位等参数。
（3）指定射线法建立数学模型：结合实测数据，使用指定射线法对隧道内二维自由波信道进行建模，拟合出信号的整体衰减模型、射线传播路径和概率密度函数。
（4）性能分析与评估：通过对已建立的数学模型进行仿真，分析隧道中信号的传播特性、多径效应和衰减趋势，探究信号质量与天线位置、隧道形状、衰减指数、折射、反射和绕射等因素的关系并进行评估。
三、关键技术和方法：
（1）自由波信道测量技术：运用标准天线测量系统进行信号发射和接收，并获得高精度数据。
（2）指定射线法数学模型建立：使用Matlab或其他常用数学软件进行信号建模和预测。
（3）数据分析和模拟技术：采用常见数据处理和仿真工具进行数据分析和模拟。
四、研究成果：
本研究将在实验室环境下完成，可能会面临一些不可控因素的影响，研究成果应该视情况作出适当的讨论和分析。主要研究成果包括：
（1）长直井隧道模型建立和自由波信道测量数据采集。
（2）二维无线自由波信道的特性分析、建模及预测模型构建。
（3）隧道场景下通信系统的信号仿真和性能评估。
（4）针对特定信号模拟的匹配半波长天线设计。
（5）撰写一篇模拟研究论文，对所得结果进行详细解释和讨论，把数据与现有文献进行比较分析，提出未来的研究方向。
五、时间安排：
本研究项目拟定为3个月，具体时间安排如下：
第一步：隧道模型建立、设备安装和测试计划制定（1个月）。
第二步：自由波信道特性测量和数据采集（2个月）。
第三步：建立数学模型、数据分析，性能评估和论文撰写（1个月）。
六、预算和资源：
本研究所需购买的各类设备和器材，以及人员和场地的支出费用将由项目申请者承担。具体预算和消费清单将在事前制定好，并在后续执行过程中逐步完成支出报销，确保经费使用的合法性、合理性和规范性。
七、研究人员和管理：
本研究项目由项目申请者领导，并招募2名技术科学研究员进行实验操作和数据处理。研究员应该熟练使用信号测量和处理工具，具备良好的团队协作精神和优秀的数据分析能力。研究人员应该服从项目负责人的安排和指导，及时汇报项目进展情况，确保项目完成的质量和时间进度。
八、参考文献：
[1]李晓东,赵维民,等.深山长隧道无线自由波信道模型测量与仿真.自动化与仪器仪表,2016(01):132-137.
[2]关宏哲,张东泰,等.隧道内基于音频水印的车辆跟踪系统研究.通信技术,2019(07):119-124.
[3]赵杰,汤久祥,等.隧道环境下车载通信信道特性模拟研究.科技导报,2016,34(05):173-177.