發(fā)布時間：2019-07-17 21:10

【摘要】：隨著無線傳感網(wǎng)(Wireless sensor networks,WSN)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,針對室內(nèi)環(huán)境的定位需要,傳統(tǒng)的WSN技術(shù)在用于室內(nèi)定位時,會受困于多徑干擾,為了解決這個問題,優(yōu)化室內(nèi)定位效果,本文通過對中外室內(nèi)定位技術(shù)現(xiàn)狀的深入研究,分析了室內(nèi)環(huán)境電磁波傳播損耗模型,慣性測量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)在定位過程中的利弊,以及基于接收信號強(qiáng)弱指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)測量的位置信息的統(tǒng)計特性,設(shè)計了一種基于噪聲統(tǒng)計特性配置擴(kuò)展卡爾曼濾波器(Extended Kalman Filter,EKF)的方法,尤其是配置EKF的測量噪聲協(xié)方差矩陣。研究提出了一種針對室內(nèi)環(huán)境的擴(kuò)展卡爾曼濾波定位優(yōu)化算法(Location Optimization-Extended Kalman Filter,LO-EKF)。算法首先利用慣性測量單元對移動目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的速度模量及方向進(jìn)行測量,用最小二乘算法(Least Squares,LS)估計移動目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息,再融合二者測量值建立目標(biāo)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)模型。其次,根據(jù)室內(nèi)無線環(huán)境下的電磁波信道模型,以及速度和方向的IMU測量值的統(tǒng)計特性,設(shè)置符合室內(nèi)噪聲環(huán)境的測量噪聲協(xié)方差矩陣,以調(diào)整EKF性能。最后,通過經(jīng)測量噪聲協(xié)方差矩陣配置過的擴(kuò)展卡爾曼濾波器對初始狀態(tài)測量值進(jìn)行優(yōu)化處理,得出最終的目標(biāo)位置,并以該結(jié)果作為下一個時間點(diǎn)目標(biāo)位置的初始值進(jìn)行迭代估算,得出目標(biāo)軌跡。本文通過仿真分析,將LO-EKF算法與LS算法和標(biāo)準(zhǔn)EKF算法作對比。仿真結(jié)果表明,對比LS算法和標(biāo)準(zhǔn)EKF算法,LO-EKF算法在室內(nèi)定位中不僅保障了移動節(jié)點(diǎn)的短期定位精度,而且有效提高了長期定位精度。此外,在一定程度上算法還提高了定位誤差的收斂速度。
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圖片說明： 0邋目標(biāo)節(jié)點(diǎn)逡逑圖２．１基于ＴＯＡ測距定位模型逡逑基于ＴＯＡ測距的三點(diǎn)定位算法的模型如圖２．１所示，，三個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)所畫圓逡逑形的公共區(qū)域即為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置。假設(shè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為《，每個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與目逡逑標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的到達(dá)時間分別為纟，？２，．．．．．．人，則目標(biāo)節(jié)點(diǎn)與相應(yīng)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離逡逑可計算得出：逡逑ｄｉ邋—邋ｃｔｊ邐（２．１）逡逑式（２．１）中，ｃ為無線電信號的傳輸速度，為第／個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)逡逑１０逡逑
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圖片說明： 其中，假設(shè)電磁波信號在空氣中傳播的速度為Ｘ，點(diǎn)和信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離是ｄ，則ｄ可通過計算獲得：逡逑位第二種方式不同于第一種的多信號測量方式，在這種種信號的收發(fā)裝置，本文默認(rèn)為電磁波信號。該種定位方式向兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送信號，在這兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)處接受該，再根據(jù)時間差計算目標(biāo)節(jié)點(diǎn)據(jù)兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的距離差，知的，因此可以得到一條以兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)為焦點(diǎn)的雙曲節(jié)點(diǎn)可能的所在位置。一條雙曲線作為一組ＴＤＯＡ測量需再測額外一組測量值，即另外一條雙曲線，只有兩條雙節(jié)點(diǎn)所在位置，即雙曲線交點(diǎn)。當(dāng)然此種定位方式收發(fā)端圖２．３所示。逡逑
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN713

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2515636