基于低功耗蓝牙的室内定位技术研究

发布时间：2017-10-23 01:27

  本文关键词：基于低功耗蓝牙的室内定位技术研究

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【摘要】：传统的定位技术主要应用在室外场景下,相应的技术主要包括GPS(Global Positioning System)定位系统,北斗导航定位系统等,然而随着社会的需要,人们逐渐提出在室内条件下也需要精确定位的要求,因此,定位的“最后一米”——室内定位技术便开始新兴起来。当前技术下的室内定位技术有很多种,包括Wi Fi定位、Zig Bee定位等,本文研究的是基于低功耗蓝牙CC2540的室内定位系统,该系统主要分为两大模块,一是室内定位系统的搭建,包括蓝牙基站子系统和蓝牙集中器子系统的搭建,其中蓝牙基站子系统主要完成蓝牙基站布局和向蓝牙集中器发送定位信息的功能;蓝牙集中器主要完成蓝牙连接建立、蓝牙组网和承载定位算法的功能。二是定位算法的实现,该算法由两个子算法组成,一是测距算法,二是三环定位算法。测距算法使用基于接收信号强度RSSI(Received Signal Strength Indication)值的方法,即通过RSSI值和室内电磁波传播损耗模型计算出两蓝牙设备间的距离。该方法简单易行,但缺点是蓝牙信号RSSI值受环境的影响比较大,有波动,因此本文在建立模型之前首先研究了影响RSSI值的环境因素,包括空气湿度、蓝牙节点发射功率、其它电磁波的干扰等,然后分析了电磁波的传输机理,最后建立了最符合实际的电磁波室内传播损耗模型。三环定位算法是本文提出的一种全新的定位算法,算法思想为:首先,根据RSSI值大小在室内找出距离待测人员最近的三个蓝牙节点,然后以这三个蓝牙节点坐标为圆心,蓝牙节点与待测人员距离为半径确定三个圆环,其中圆环的宽度为给定误差值,最后根据这三个圆环的重叠部分利用加权的多边形质心算法得出待测人员坐标。算法原理分析结束后,本文进行了具体的定位实验,结果得出,本算法平均误差达到1.6米左右,该结果有力地验证了本算法的可行性。
【关键词】：室内定位 CC2540 RSSI 三环定位算法
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN925
【目录】：

• 引言7-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 课题研究背景与意义8-9
• 1.2 研究现状及发展趋势9-10
• 1.3 本文的主要内容安排10-11
• 2 蓝牙软硬件及蓝牙组网设计11-22
• 2.1 蓝牙简介11-12
• 2.2 蓝牙 4.0 硬件及最小系统设计12-13
• 2.2.1 蓝牙 4.0 硬件12-13
• 2.2.2 蓝牙 4.0 最小系统设计13
• 2.3 蓝牙 4.0 软件13-20
• 2.3.1 蓝牙 4.0 软件总体架构13-16
• 2.3.2 蓝牙 4.0 协议栈16-17
• 2.3.3 OSAL操作系统17-20
• 2.4 蓝牙网络设计20-21
• 2.5 总结21-22
• 3 无线室内定位技术22-32
• 3.1 室内定位技术分类22-23
• 3.2 测距方法23-27
• 3.2.1 TOA方法23-24
• 3.2.2 TDOA方法24-25
• 3.2.3 AOA方法25-26
• 3.2.4 RSSI方法26-27
• 3.3 定位算法27-31
• 3.3.1 三边测量法27-28
• 3.3.2 三角测量法28-29
• 3.3.3 加权质心算法29-30
• 3.3.4 极大似然估计法30-31
• 3.4 总结31-32
• 4 电磁波的室内传播模型32-40
• 4.1 电磁波传播机理32-33
• 4.2 信道衰落统计模型33-34
• 4.2.1 瑞利分布33
• 4.2.2 莱斯分布33-34
• 4.2.3 对数正态分布34
• 4.3 典型电磁波传播模型34-36
• 4.3.1 自由空间传播模型34-35
• 4.3.2 对数距离路径损耗模型35-36
• 4.4 环境影响因素分析36-38
• 4.5 室内定位误差指标38-39
• 4.5.1 均方误差法38
• 4.5.2 圆概率误差法(CEP)38-39
• 4.5.3 误差累积分布函数39
• 4.6 总结39-40
• 5 低功耗蓝牙室内定位系统实现40-48
• 5.1 系统需求分析40
• 5.2 硬件平台40-41
• 5.3 系统总体框架41-42
• 5.4 蓝牙基站子系统42-45
• 5.4.1 蓝牙基站布局42-43
• 5.4.2 蓝牙基站功能实现43-45
• 5.5 蓝牙集中器子系统45-47
• 5.5.1 与蓝牙基站建立连接45-46
• 5.5.2 蓝牙组网设计46-47
• 5.6 总结47-48
• 6 定位算法的实现48-56
• 6.1 改进的RSSI测距算法48-50
• 6.1.1 改进的RSSI测距算法原理48
• 6.1.2 改进的RSSI测距实验48-50
• 6.2 三环定位算法50-55
• 6.2.1 三环定位算法原理50-54
• 6.2.2 三环定位算法实验54-55
• 6.3 总结55-56
• 7 结论与展望56-58
• 7.1 工作总结56-57
• 7.2 工作展望57-58
• 参考文献58-61
• 在学研究成果61-62
• 摘要62-63
• 英文摘要63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗庆生,韩宝玲;一种基于超声波与红外线探测技术的测距定位系统[J];计算机测量与控制;2005年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张明华;基于WLAN的室内定位技术研究[D];上海交通大学;2009年

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本文编号：1081011