基于无线传感器网络的移动节点定位算法研究

论文摘要

节点定位问题是无线传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提。随着无线传感器网络研究的深入,其应用愈加广泛,固定的网络结构已无法满足新增应用的需要,移动节点的引入扩展了无线传感器的应用领域,同时也带来了技术上的挑战。目前,移动节点定位问题已成为无线传感器网络的热点研究之一。本文系统地归纳了无线传感器网络的研究现状、性能评价和基本特点,详细研究了无线传感器网络室内定位系统的定位算法以及节点位置计算方法,结合现有典型的室内定位系统对定位算法进行了分析比较,证实了Cricket定位系统的多边定位算法对于移动节点定位具有较好的适用性。针对无线传感器网络移动节点定位方程求解的不适定问题,本文采用Tikhonov正则化方法来求解不适定问题,正则化参数α取325,通过MATLAB仿真验证该方法能够使移动节点误差范围在8cm以内。在此基础上,结合Cricket室内定位系统设计了自主移动机器人,搭建了基于无线传感器网络移动机器人定位系统,实现了室内环境下移动节点的定位与跟踪。实验证明：Tikhonov算法与移动机器人的结合应用具有良好实时性和适应环境的能力,能够完成室内条件下对移动目标的定位、跟踪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络
• 1.1.1 无线传感器网络的发展现状
• 1.1.2 无线传感器网络的基本特点
• 1.2 移动机器人
• 1.3 本文研究内容及组织结构
• 第2章 基于无线传感器网络的定位技术
• 2.1 基本术语
• 2.2 无线传感器网络的定位性能评价
• 2.3 典型的定位系统
• 2.3.1 RADAR定位系统
• 2.3.2 Active Badge定位系统
• 2.3.3 Active Bat定位系统
• 2.3.4 Active Office定位系统
• 2.3.5 Cricket定位系统
• 2.4 无线传感器网络定位算法
• 2.4.1 基本定位算法
• 2.4.2 集中式计算定位与分布式计算定位
• 2.4.3 紧密耦合定位与松散耦合定位
• 2.4.4 绝对定位与相对定位
• 2.5 节点位置计算方法
• 2.5.1 三边测量法
• 2.5.2 三角测量法
• 2.5.3 极大似然估计法
• 2.6 小结
• 第3章 基于正则化方法的节点定位算法
• 3.1 多边定位
• 3.1.1 多边定位原理
• 3.1.2 定位中的不适定问题
• 3.2 Tikhonov正则化方法
• 3.2.1 Tikhonov正则化方法原理
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.3.1 网络环境仿真设置
• 3.3.2 Tikhonov定位算法流程
• 3.3.3 算法仿真实现
• 3.4 小结
• 第4章 自主行走移动机器人定位实验系统
• 4.1 引言
• 4.2 移动机器人系统设计
• 4.2.1 驱动系统
• 4.2.2 控制系统
• 4.2.3 传感系统
• 4.3 机器人控制方案设计
• 4.3.1 数字PID控制算法原理
• 4.3.2 姿态控制算法
• 4.4 无线传感器网络的移动机器人定位系统
• 4.4.1 工作原理
• 4.5 定位系统节点布置方案
• 4.5.1 Beacon之间距离的设计
• 4.5.2 Beacon数量的选取原则
• 4.6 小结
• 第5章 实验结果分析
• 5.1 定位系统建立
• 5.2 定位系统参数设置介绍
• 5.3 定位系统实验
• 5.4 定位系统实验数据采集与分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录