室内无线定位技术研究

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近年来,由于物联网和无线传感器技术的快速发展,基于位置的服务引起了广泛关注,室内定位技术逐渐成为研究的热门领域。特别是在如医院、矿井、仓库、监狱、机场大厅等环境中,通常要知道相关人员和重要设施的相对位置。现有的室内定位算法很多因复杂环境的影响导致定位精度不高。而ZigBee以其低功耗、低成本、低复杂度的特点很适合运用到室内定位中。本文主要完成了 ZigBee定位系统的设计,包括软硬件的设计,同时提出了一种递归迭代融合算法,以提高定位精度。具体完成了以下几个方面的工作。首先,本文在阅读了大量的参考文献的基础上,对室内定位的研究目的和意义、国内外研究现状和未来的发展趋势进行介绍。综述了室内定位的一些典型的单一模式算法以及数据融合方法的基础知识,包括各种算法的主要特点以及存在的问题,为后面的理论内容奠定了基础。其次,在对室内定位系统的设计中,本文对ZigBee技术进行了研究,分析了其拓扑结构、信道结构、应用领域以及无线通信模型,对比了几种通信模型的仿真结果后,选择Logarithmic Attenuation模型,该模型里有较好的通信性能。对ZigBee2007协议栈各层的功能进行分析,然后修改协议栈中的协调器、路由器和参考节点的程序以实现定位功能,分析定位系统的信令流程。然后,在ZigBee节点的基础上,完成了无线定位系统的软硬件设计。构建无线定位系统框架,分析无线定位系统框架中无线定位终端、无线定位路由器和定位网关以及数据处理、管理和显示平台的功能。选择TI公司的CC2530作为定位节点,为了节省成本,对节点进行了改进,采用最小仿真连接方式,减小了形状,节省了成本。本文在软件设计中,利用Lab VIEW作为上位机软件进行设计,将MATLAB定位程序和LabVIEW软件相结合,LabVIEW串口读取采集到的信息经过上位机实现定位并在前面板窗口中显示定位结果。最后,针对接收信号强度(RSSI)和惯性传感器在测量过程中因为随机噪声的存在而导致测量结果不够精准的问题,本文提出了一种基于多模递归迭代的数据融合算法。分别根据接收信号强度和惯性传感器的测量数据计算出定位坐标,然后在决策级融合两种坐标值,实现迭代计算。仿真实验结果表明,所提的算法比用接收信号强度和惯性传感器单一模式算出的坐标与真实坐标的误差分别减小了 71%和39%,证明了该算法的有效性。
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