本文選題：無線傳感器網(wǎng)絡 + 三維定位�。� 參考：《東北大學》2014年碩士論文

【摘要】：節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術和應用基礎,并且定位技術已經(jīng)從二維空間逐步過渡到三維空間。實際定位應用中,二維平面定位系統(tǒng)一般不能滿足要求,必須擴展到三維空間中,其中的重點研究方向為室內(nèi)三維空間的定位。在部署室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的過程中,往往也會遇到一些問題,如信標節(jié)點的自定位問題,解決問題的算法具有很強的實用性。三維空間有其獨有的特點,算法將會比二維平面定位更加復雜,更適于三維空間的算法仍然有巨大的發(fā)展空間,值得去進行研究探索。因此,本文主要研究三維定位系統(tǒng)節(jié)點間相對位置關系的特點,并基于其特點提出了一些改進的算法。本文首先闡述了無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念、結構、特點,對無線傳感器網(wǎng)絡定位技術進行了分析。然后介紹了適合三維環(huán)境的定位算法。并對Cricket 3D定位系統(tǒng)的原理和軟硬件結構進行了簡單的介紹。根據(jù)Cricket節(jié)點的特點,對信標節(jié)點的布置方式進行了研究,最后布置了三維定位系統(tǒng)。然后分析信標節(jié)點位置估計的線性自定位算法的應用環(huán)境與特點,并提出一種基于加權最小二乘改進的線性自定位算法,繼承了線性自定位不依靠被測節(jié)點的位置坐標,只需要增加一定測量次數(shù),就可以獲得信標節(jié)點間的相對位置坐標的特點。并依據(jù)不同的幾何分布對誤差傳遞影響的不同提出了加權最小二乘估計,進一步提升了估計精度,并進行了仿真實驗對提出算法性能進行了分析。其次研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡的三維定位系統(tǒng)中信標節(jié)點的位置坐標優(yōu)化的問題。首先對移動機器人和定位系統(tǒng)進行建模,提出了提高機器人定位精度的系統(tǒng)狀態(tài)預測方程,實現(xiàn)了信標節(jié)點的位置校準優(yōu)化。然后對比分析了EKF, HF, STF幾種濾波算法性能,HF對于系統(tǒng)模型的不確定性有更好的適應能力,STF在系統(tǒng)存在較大誤差擾動的情況下,對真實狀態(tài)有著更好的跟蹤特性,并通過仿真數(shù)據(jù)進行了驗證。最后分析了基于Cricket定位系統(tǒng)的三維定位算法的特點,提出了三個信標節(jié)點進行三維定位的問題,并研究了它的兩種解決算法：高斯牛頓迭代法和基于Cayley-Menger行列式的定位算法。高斯牛頓迭代法精度高,效率低；基于Cayley-Menger行列式的定位算法精度低,效率高。然后在三維定位系統(tǒng)中引入了GDOP概念,并進一步提出了更適合本系統(tǒng)的easy-GDOP概念,并分析了二者在信標節(jié)點選擇上的應用。之后研究了GDOP和easy-GDOP值做加權數(shù)據(jù)融合各自的精度和特點,easy-GDOP加權數(shù)據(jù)融合有著更高的計算效率。
[Abstract]:Node location is the key technology and application basis of wireless sensor networks, and the localization technology has been gradually transferred from two-dimensional space to three-dimensional space. In practical positioning applications, two-dimensional planar positioning system can not meet the requirements, and must be extended to three-dimensional space, in which the focus of research is indoor three-dimensional space positioning. In the process of deploying indoor 3D positioning system, some problems are often encountered, such as the self-localization of beacon nodes, and the algorithm to solve the problem is very practical. Three-dimensional space has its unique characteristics, the algorithm will be more complex than two-dimensional plane positioning, the algorithm is more suitable for three-dimensional space still has a huge space for development, it is worth to study and explore. Therefore, this paper mainly studies the characteristics of the relative position relationship between nodes in 3D positioning system, and puts forward some improved algorithms based on its characteristics. In this paper, the basic concept, structure and characteristics of wireless sensor network (WSN) are introduced, and the location technology of WSN is analyzed. Then the location algorithm suitable for three-dimensional environment is introduced. The principle, hardware and software structure of Cricket 3D positioning system are briefly introduced. According to the characteristics of Cricket nodes, the layout of beacon nodes is studied. Finally, a three-dimensional positioning system is arranged. Then, the application environment and characteristics of the linear self-location algorithm for beacon node location estimation are analyzed, and an improved linear self-location algorithm based on weighted least squares is proposed, which inherits the position coordinates of the node that is not dependent on the measured node. The characteristics of relative position coordinates between beacon nodes can be obtained by adding a certain number of measurements. The weighted least square estimation is proposed according to the influence of different geometric distribution on error transfer. The estimation accuracy is further improved and the performance of the proposed algorithm is analyzed by simulation experiments. Secondly, the optimization of position coordinates of CITIC nodes in three-dimensional positioning system based on wireless sensor network is studied. Firstly, the mobile robot and the positioning system are modeled, and the system state prediction equation is proposed to improve the positioning accuracy of the robot, and the position calibration optimization of the beacon node is realized. Then, the performance of several filtering algorithms is compared and analyzed. The EKF, HF, STF has better adaptability to the uncertainty of the system model, and it has better tracking performance to the real state when the system has large error disturbance. It is verified by simulation data. Finally, the characteristics of 3D localization algorithm based on Cricket positioning system are analyzed, and the problem of three beacon nodes for 3D localization is put forward, and its two algorithms: Gao Si Newton iterative method and Cayley-Menger determinant based localization algorithm are studied. Gao Si Newton iteration method has high accuracy and low efficiency, and the location algorithm based on Cayley-Menger determinant has low accuracy and high efficiency. Then the concept of GDOP is introduced into the 3D positioning system, and the concept of easy-GDOP, which is more suitable for the system, is put forward, and the application of the two in the selection of beacon nodes is analyzed. Then, the accuracy and characteristics of weighted data fusion of GDOP and easy-GDOP are studied. The easy-GDOP weighted data fusion has higher computational efficiency.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.5;TP212.9

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本文編號：1913798