基于RSSI的煤矿井下人员定位算法研究

发布时间：2017-08-07 11:11

  本文关键词：基于RSSI的煤矿井下人员定位算法研究

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【摘要】：随着无线传感器网络的迅速发展,无线定位技术已广泛应用于煤矿安全领域。精准,高效的定位系统是安全生产的保障。针对基于测距的煤矿井下三维空间人员定位精度低,成本高以及易受到外界环境干扰等问题,提出了混合滤波算法、最小二乘分段曲线拟合算法和降低空间复杂度的多重质心定位算法,用于提高三维空间的定位精度,并通过实验证明了本研究所提出的算法的性能。首先,分析了煤矿井下人员定位算法的研究现状,概括了现阶段井下定位工作面临的主要问题。其次,介绍了无线传感器网络定位的基本技术。参考了一些主流的定位技术,通过分析每种技术的性能,确定基于测距的RSSI定位技术对于井下人员定位是适合的。再次,对RSSI值的滤波,测距模型的建立以及定位算法的改进三个方面进行了研究。滤波方面提出了基于高斯滤波和卡尔曼滤波的混合滤波算法。测距模型建立方面是在传统的信号传播的理论模型基础上,采用最小二乘分段曲线拟合法优化环境参数后重建得来的。定位算法改进方面采用的是降低空间复杂度的办法,其核心思想是利用信标节点的特殊分布结构将三维空间定位问题转化为二维空间定位问题,再采用多重质心算法计算未知节点的空间坐标。最后,通过定位实验对算法进行验证,证明该算法定位精度高,可满足绝大多数井下空间人员定位工作的需求。
【关键词】：接收信号强度指示 三维空间定位 最小二乘法 混合滤波
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 煤矿井下人员定位国内外的研究现状11-13
• 1.2.1 国外的研究现状11
• 1.2.2 国内的研究现状11
• 1.2.3 井下定位算法的研究现状11-13
• 1.3 论文的主要工作13-14
• 1.4 文章结构安排14-15
• 第2章 无线定位技术研究15-24
• 2.1 无线传感器网络定位原理15-16
• 2.2 基于非测距的无线定位技术16-18
• 2.2.1 DV-Hop定位算法16-17
• 2.2.2 凸规划定位算法17
• 2.2.3 质心定位算法17-18
• 2.3 基于测距的无线定位技术18-22
• 2.3.1 信号到达时间的定位算法19
• 2.3.2 基于信号到达时间差的定位算法19
• 2.3.3 基于信号到达角度的定位算法19-20
• 2.3.4 基于信号到达的信号强度的定位算法20
• 2.3.5 定位技术的性能分析20-22
• 2.4 ZigBee技术22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 测距误差研究24-39
• 3.1 滤波算法24-29
• 3.1.1 均值滤波算法24
• 3.1.2 中位值滤波算法24-25
• 3.1.3 递推均值滤波算法25
• 3.1.4 高斯滤波算法25-26
• 3.1.5 卡尔曼滤波26-29
• 3.2 混合滤波算法29-30
• 3.3 混合滤波算法算法性能分析30-31
• 3.4 构建测距模型与环境参数研究31-35
• 3.4.1 构建测距模型31-32
• 3.4.2 环境参数分析32-33
• 3.4.3 曲线拟合算法33-34
• 3.4.4 RSSI最小二乘曲线拟合算法步骤34-35
• 3.5 最小二乘曲线拟合算法性能分析35-38
• 3.6 本章小结38-39
• 第4章 定位算法研究39-50
• 4.1 二维定位算法研究39-44
• 4.1.1 最小二乘定位算法39-40
• 4.1.2 极大似然估计定位算法40-41
• 4.1.3 基于测距的MIN-MAX定位算法41-42
• 4.1.4 三角质心定位算法42-44
• 4.1.5 改进的多重质心定位算法44
• 4.2 二维定位算法性能分析44-47
• 4.3 三维定位算法研究47-49
• 4.3.1 三维空间三边定位算法47-48
• 4.3.2 基于降维的多重三角质心定位算法48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 实验分析及验证50-56
• 5.1 实验步骤50-54
• 5.2 本章小结54-56
• 结论56-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 导师简介62
• 企业导师简介62-63
• 作者简介63-64
• 学位论文数据集64

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本文编号：634340