面向消防现场的无线传感器网络定位技术研究

论文摘要

近年来，各种自然灾害与人为灾害频繁发作，而复杂的灾害现场对救援提出了更高要求。建立消防现场监控系统可为消防现场指挥调度和救援提供依据,而对监控节点和消防员的定位则是建立消防现场监控系统的一个关键问题。随着无线传感器网络（WSN）在众多场合的成功应用，将便携式WSN节点快速部署在消防现场使现场情况的监测和对消防员的定位成为可能。而在运用WSN实现定位的过程中，必须结合具体应用特点解决相关关键问题。从消防现场环境复杂的特点出发，结合无线通信的传播特性，构建基于超宽带技术的消防现场WSN，改进了基于接收信号强度（RSSI）的加权质心定位算法，并对定位结果进行优化。主要研究内容如下：（1）针对室内和野外两种应用场合，分别建立两种超宽带信道衰减模型，分析测距误差情况；并针对室内测距误差大的特点，提出采用信标节点相互定位的方法校正测距误差，研究结果表明，该方法可有效保证测距精度。（2）针对加权质心定位算法简单易行，但定位精度低的问题，在有效提高测距精度的前提下，改进了基于RSSI的加权质心定位算法，并分别采用粒子群算法和量子粒子群算法对定位结果进行优化。研究结果表明，采用粒子群算法和量子粒子群算法优化后的加权质心定位算法定位精度较高，并且不易受环境因素的影响，可以有效提高定位精度和稳定度。（3）针对信标节点需求过多造成的高成本问题，采用递增式定位过程，在信标节点数量不足时，将已定位的未知节点转化为次级信标节点参与定位，有效地减少定位中信标节点的数量，降低成本。仿真结果表明：在粒子群优化或量子粒子群优化的加权质心定位算法的基础上，在同等定位率的情况下，定位过程采用递增式，可有效减少信标节点数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 国内外定位技术研究现状
• 1.3 论文研究思路及内容安排
• 第2章 面向消防现场的 WSN 定位系统整体设计
• 2.1 引言
• 2.2 消防现场的特点
• 2.3 无线传感器网络的结构和特点
• 2.4 面向消防现场的 WSN 定位系统整体设计
• 2.5 面向消防现场定位系统关键技术
• 2.5.1 超宽带技术
• 2.5.2 测距技术
• 2.5.3 定位技术
• 2.6 小结
• 第3章 基于 RSSI 的加权质心定位算法及改进
• 3.1 引言
• 3.2 定位性能评价指标
• 3.3 质心算法（CLA）
• 3.4 基于 RSSI 的加权质心定位算法（WCLA）
• 3.5 基于 RSSI 的递增式加权质心定位算法
• 3.6 仿真与分析
• 3.7 小结
• 第4章 面向消防现场的超宽带传感器网络测距过程
• 4.1 引言
• 4.2 消防现场超宽带路径损耗模型
• 4.3 基于 RSSI 方法的测距
• 4.3.1 LOS 环境下测距方法
• 4.3.2 NLOS 环境下信标节点校正测距方法
• 4.4 仿真与分析
• 4.5 小结
• 第5章 面向消防现场的超宽带传感器网络定位过程
• 5.1 引言
• 5.2 基于 RSSI 测距的误差补偿策略
• 5.2.1 NLOS 环境下误差补偿策略
• 5.2.2 算法实现过程
• 5.3 基于粒子群优化的加权质心定位算法（PSO-WCLA）
• 5.3.1 粒子群算法（PSO）
• 5.3.2 PSO-WCLA 算法实现过程
• 5.4 基于量子粒子群优化的加权质心定位算法（QPSO-WCLA）
• 5.4.1 量子粒子群算法（QPSO）
• 5.4.2 QPSO-WCLA 算法实现过程
• 5.5 递增式的 WCLA-PSO 和 QPSO-WCLA
• 5.6 仿真结果及分析
• 5.6.1 误差补偿的 PSO-WCLA
• 5.6.2 WCLA -QPSO 与 WCLA –QPSO 定位误差对比
• 5.6.3 递增式的 PSO-WCLA 与 QPSO-WCLA 性能对比
• 5.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢