基于无线传感器网络定位技术的研究

论文摘要

无线传感器网络集中了微机电技术、感知技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,孕育出一种全新的信息获取和处理模式。布局和覆盖、节点定位、网络通信协议是传感器网络研究中的几个基本问题。其中,节点定位问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是传感器网络研究中的热点问题之一。在实际应用过程中,由于在室内、地铁和大型建筑物内等环境下,受定位时间、定位精度以及复杂环境等条件的限制无法很好地利用移动通信中比较完善的定位技术如GPS技术。作为一种有效的解决方案,传感器网络定位技术的研究受到了广泛的重视,本文就传感器网络的定位技术尤其是室内节点定位技术进行了深入探讨。分析了无线传感器网络的结构、特征以及应用范围,系统的研究了无线传感器网络室内定位系统的特点以及定位方法,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,对射频信号和超声波信号联合定位问题进行了深入的研究。针对室内定位中距离测量冲突的问题,研究了冲突避免、检测及滤波方法,有效地解决了定位过程中的错误采样问题,提高了距离测量的准确性和定位精度。将目标跟踪的问题模型化,采用卡尔曼滤波滤波算法,给出了目标跟踪算法,并给出了滤波处于不良状态时的处理方法。在理论研究的基础上,依托实验室的实验平台系统完成了室内条件下目标节点的定位与跟踪。实验证明：算法具有良好的实时性和适应环境变化的能力,能够完成室内条件下对目标的定位、跟踪,并符合精度的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 无线传感器网络的应用
• 1.4 本文工作
• 第二章 无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络节点硬件结构
• 2.1.3 无线传感器网络节点软件构成
• 2.1.4 无线传感器网络协议体系结构
• 2.2 无线传感器网络特点
• 2.3 无线传感器网络性能评价
• 2.4 无线传感器网络关键性问题
• 2.5 无线传感器网络射频技术
• 2.5.1 红外线
• 2.5.2 IEEE802.11
• 2.5.3 HomeRF
• 2.5.4 蓝牙技术
• 2.6 本章小节
• 第三章 无线传感器网络节点定位技术
• 3.1 无线传感器网络定位技术基础
• 3.1.1 距离测量
• 3.1.2 位置计算
• 3.2 无线传感器网络自身定位技术
• 3.2.1 无线传感器网络自身定位算法
• 3.2.2 现有无线传感器网络室内定位技术
• 3.3 本章小节
• 第四章 基于超声波技术的定位与跟踪算法
• 4.1 室内定位体系结构
• 4.2 基于无线信号与超声波信号的TDOA测距技术
• 4.2.1 周围环境对声速影响
• 4.2.2 角度、距离对距离测量影响
• 4.2.3 距离测量中误差来源
• 4.3 信号的冲突避让与检测
• 4.3.1 室内条件下射频信号传输特性
• 4.3.2 室内条件下超声波信号传输特性
• 4.3.3 锚节点冲突避让算法
• 4.3.4 目标节点冲突检测算法
• 4.3.5 最小模滤除算法
• 4.4 基于无线信号与超声波信号定位技术
• 4.5 基于卡尔曼滤波的动态跟踪算法
• 4.5.1 广义卡尔曼滤波
• 4.5.2 广义卡尔曼滤波的实现
• 4.5.3 主动请求模式
• 4.6 本章小节
• 第五章 实验系统设计及实验结果
• 5.1 系统实现功能
• 5.1.1 静止节点定位
• 5.1.2 移动节点跟踪
• 5.2 系统硬件
• 5.2.1 传感器节点
• 5.2.2 编程板
• 5.3 系统软件
• 5.3.1 TinyOS操作系统
• 5.3.2 nesC语言概述
• 5.3.3 系统软件结构
• 5.3.4 系统状态模型
• 5.4 实验过程与实验结果
• 5.4.1 实验室布局
• 5.4.2 前期工作
• 5.4.3 实验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 附录A
• 参考文献
• 致谢