基于LoRa的地下停车场车辆定位系统设计

发布时间：2020-06-02 17:21

【摘要】：随着经济的发展,私家车的数量越来越多,各种社会场所的地下停车场越来越普及。但是大型的地下停车场往往存在着地形复杂、线路不清晰、空余车位难找、反向寻车难等问题,这些都严重影响着用户的使用体验和停车场的使用效率。地面停车场一般都有比较成熟的定位导航系统,并且大都是结合GPS实现的,然而在室内复杂的环境中,无法接收到足够有效的GPS信号,GPS技术无法使用。现有的主流室内定位技术如超声波、红外、蓝牙、WI-FI、ZigBee等各有不足之处。本文针对地下停车场特殊的环境,利用LoRa在抗干扰、低功耗、低成本方面的优势,设计了一种基于LoRa的地下停车场车辆定位系统。在地下停车场环境中,无线电信号在传播过程中易受环境干扰,RSSI值存在较大波动性,本文提出了一种高斯-限幅滤波的方法对RSSI进行预处理,相比使用单一滤波法处理,该方法处理效果更好;建立了基于BP神经网络的RSSI测距模型,与传统的对数距离损耗模型相比,避免了参数的估算,减小了误差的累积;针对地下停车场特殊通信环境,对TOA测距模型中NLOS时延模型进行分析,将限幅滤波与卡尔曼滤波相结合对突发性NLOS时延进行滤除,通过参数拟合的方法对规律性的NLOS时延和节点模块处理误差进行抑制;分析了RSSI技术和TOA技术的测距特性,提出了近端基于RSSI测距、较远端基于TOA测距的测距方法;在测距的基础上,使用加权质心定位算法计算标签节点的坐标,提高了系统的适应性和定位精度。本文对定位系统进行了硬件设计和软件设计。硬件设计部分包括:最小系统模块、输入输出模块和无线射频模块。软件部分完成了定位算法、锚节点和标签节点功能程序的编写。在实际环境中进行测试,验证了系统的可行性。
【图文】：

流程图,跳频,流程

e 能划分的范围仅为 10-12 码片/比特。LoRa 使用高扩频因子的方式，把围无线电频谱进行传播。在实际中，对传输的数据进行频谱分析，这些多噪声，但是，这些噪声和真实数据不具有相关性，利用传播噪声不具有相关性特征，可以将有效数据提取出来。）跳频技术[15]技术是通过跳转通信频率的方式，来规避信号的反射和某些频段的干扰扰和多径衰退对无线通信系统健壮性的影响。LoRa跳频技术的原理如图帧中的前导码和报头从信道 0 中发送，当前导码和报头发送完毕后，会断请求，MCU 对中断请求进行处理，进行从信道 0 到信道 1 的跳变；在，会启动一个计数器，当计数器达到周期要求时，产生第二个跳频中断 1 到信道 2 的跳变；在接下来，不断重复上述流程进行信号传输。接收也按照上述流程进行跳频接收数据。通过上面分析可以看出，前导码和 0 传输，有效负载数据在若干个信道内分段后进行发送。

通信流程

LoRaWAN 标准标准化2.1.3 LoRa 网络协议概述以开源 MAC 层协议作为基础，LoRa 联盟提出 LoRaWAN 标准[18]。LoRaWAN 为物联网户、开发者和企业提供了自由操作权限，，并且不需要在本地做复杂的配置，就可中的节点实现无缝对接。LoRa 采用了扩频技术，通信时会创建一组“虚拟化”的增加网关容量，不同传输速率的通信之间不会形成干扰。为实现功耗的最低化和最大化的均衡，LoRaWAN 采用上面介绍的速率自适应方案来对终端的数据传输方制。为确保安全性，LoRaWAN 使用多层加密的方式来提升数据的可靠性和保密性端实际应用场景需要，LoRaWAN 把终端设备划分成 A、B、C 三类[19]：Class A：A 类设备可以进行双向通信，在进行上行传输时，会伴随着两个下行的。A 类终端设备运行功耗最低，在任何情况下，只能在终端设备的上行通信后服进行下行通信。Class A 通信方式如图 2.2 所示。
【学位授予单位】：广西民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U491.71;TN92

【参考文献】