基于Zigbee与IMU融合的室内定位算法研究

发布时间：2020-06-11 12:34

【摘要】：随着“万物互联”的物联网这一概念的提出,碍于传统网络需要物理连接才可以满足通讯的要求,无线传感器网络应运而生。位置信息的获取是无线传感器网络中的一个举足轻重的问题。在室外环境下,人们通常利用Glbal Positioning System(即GPS)就可以较为容易的获取想要的位置信息。但是在室内环境下,由于钢筋水泥的建筑结构会严重影响到GPS信号的传播,因此人们只能通过其他方式来获取所需的位置信息。为此,众多学者对其进行了研究并取得了一定进展。1.本文在以往研究的基础上,总结了目前国内外较为常用的室内定位方案,并对不同定位方案所存在的优势和劣势进行了讨论。2.通过分析室内运动的单一性,本文构建了适用于室内的运动模型,利用MPU6050六轴运动处理模块分析了以Inertial Measurement Unit(简写为IMU)为载体的定位方案,发现对于该方案存在定位初期精度较高,但随着定位时间的延长,定位精度发生明显劣化的问题。因此只利用以IMU为载体室内定位方案无法满足实际应用的需求。3.对于Zigbee位置指纹进行定位的方案而言,根据无线信号传播的理论模型分析出影响定位精度的因素。通过理论分析,提出了一种优化的K近邻匹配算法。改进了指纹匹配中的权重因子取值,以CC2530无线节点模块为硬件基础获取了室内定位数据,通过一组对比实验验证了改进方法的有效性。4.为了平衡定位精度与定位时间之间的关系,本文提出了基于Zigbee与IMU定位信息融合的室内定位方案。具体而言,该方案基于卡尔曼融合的思想。在短时间定位时,为IMU获取的位置信息赋予更高的权重。而对于需要长时间定位的情况下,将Zigbee获取的位置信息赋予更高权重,并根据定位时间不断的更新定位结果以获取更加精准的位置信息。并通过实验所测数据体现了该融合定位方案的精确性。
【图文】：

定位原理,光波,安装费用

对利用红外线进行定位的场景产生较大干扰，同时，并设置唯一对应的 ID，因此会有较高的安装费用2()21cttd 与阻碍物间的距离，表了发出光波的时刻与接到光波的时刻。法即在某一平面内，，已知某点与不在同一条直线上的确认这个点的位置。如图 1.1 所示，设 (,)00x y表示 A，B 与 C 的坐标已知分别为 (,)11x y、 (,)22x y、 (x ABC 的间隔跨度。

行人,不同轴,加速度

与已知节点不处于同一平面的情形和未知节点与空间内不在同一条直点之间的距离已知条件下，同样可以通过上述办法获取到信息不确定。 PDR（行人航迹推算）的定位方法[29][30]R 定位方法主要是依赖前文提到的IMU进行工作的。由待定位人员携进行移动，根据行人移动时的步态特征来进行自身相对位置的更新。类的行走活动可以看作左右脚交替前进的周期性的运动。在运动过程空间的三个轴向中生成不同加速度。假定行人面朝方向为 y 轴，行人轴，竖直方向 z 轴，在 i 时刻行人在三个轴向上的加速度分别为ixa， 1.5 计算三轴合加速度，记录合加速度值的变化。iziyixia a a a设行人处于匀速直线运动的情况下，其加速度的值与时间的关系如图示。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92

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