基于不确定性分析的三维定位系统设计与实现

发布时间：2020-03-19 22:18

【摘要】：无线定位是无线传感器网络的关键技术之一,目前已被广泛应用到军事、工业、交通和民生等诸多领域,随着人工智能、物联网、智能驾驶时代的到来,无线定位技术有着不可估量的应用前景。相比于二维平面定位,三维定位能够提供更准确、更丰富的位置信息,但在定位精度、稳定性和可用性方面存在技术挑战,包括通信距离估计非视距误差、定位不确定性,定位结果可视化等关键问题。对三维定位技术开展研究,具有重要的理论意义和应用价值。本论文充分调研分析国内外三维定位技术研究现状,深入开展三维定位算法及其不确定性传播机理研究,在此基础上设计并开发一套三维定位系统,该系统以德国Nanotron公司生产的nanoTrack-V2.0开发套件为硬件平台,定位软件基于LabWindows/CVI工具独立开发,能够实现三维场景下的精确实时定位和形象定位效果展示。首先,本文对三维定位算法开展研究,针对通信距离估计非视距误差问题,提出一种基于特征点的测量距离筛选方法,该方法作用于三维定位运算之前,采用一种投票评分机制实现对含有较大非视距误差的测量距离的有效性筛选,从而改善距离估计非视距误差对定位结果的负面影响,提高定位精度。仿真分析与实验分析结果表明,该方法能够将平均定位精度提高26.96%。然后,对三维定位过程进行不确定性分析,拓展应用GUM(Guide to expression of Uncertainty in Measurement)法和MCM(Monte Carlo Method)法评估定位结果在三个坐标维度上的不确定度分量,再以二范数形式将不确定度分量合成为不确定度。仿真分析与实验分析结果表明,应用GUM法与MCM法得到的不确定度的相对误差保持在5%以内,验证了两种方法的准确性和可行性。最后,基于以上理论研究成果,利用LabWindows/CVI工具开发了三维定位软件,该软件是三维定位系统的控制、计算和显示中心,在复杂环境下的测试中,能够得到精确的定位结果,并将定位结果及其不确定信息准确、形象地展示在可视化界面中。本论文研究的创新成果及贡献主要包括以下三点:(1)提出的测量距离筛选方法能够显著提高复杂环境下的定位精度,为解决无线定位领域内的距离估计非视距误差问题提供新思路。(2)将不确定度概念引入到三维定位领域,通过为定位结果附加不确定信息来反映其可信赖程度,为后续的决策、导航等提供重要的先验知识。(3)开发的定位软件具有形象的三维可视化界面,对其它定位软件的设计和开发具有一定指导和参考价值。
【图文】：

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现状；最后对国内外研究现状进行总结和分析。线传感器网络线传感器网络概述传感器网络由一定数量的无线传感器网络节点组成，是以无一个可以监测目标对象信息的局域网络系统[1][7]。一般的无主要由控制中心、协调器节点、路由节点和终端节点 4 个图 1-1 所示[8]。其中，终端节点被安装在监测区域内，用来对象的相关信息，并将信息以多跳的方式经过路由节点和协制中心。在某些系统中，路由节点和终端节点可以扮演相点可以用来监测信息，终端节点也可以用来路由信息[9]。协心与节点间的信息交互媒介，能够将终端节点收集的监测信，也可以把控制中心下发的控制指令发送给终端节点。控制也可以是其它智能设备，，用户通过控制中心实现对整个无线控制和管理。

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图 1-2 论文组织结构图过程的不确定性分析。首先介位中不确定度所表达的意义。然一个不确定因子进行敏感度分析得到定位结果的不确定度。本的 GUM 和 MCM 不确定度评估验对不确定度评估结果进行验软件开发部分。根据三维定位块、数据预处理模块、定位算法，针对每一个模块的工作原理逐一进行编写。其中显示模块由，按照真实定位场景建模，定位总结课题研究中所取得的成果展望与设想。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TP311.52

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