无线传感器网络AOA定位算法与三维移动路径规划方法研究

发布时间：2017-08-16 14:37

  本文关键词：无线传感器网络AOA定位算法与三维移动路径规划方法研究

  更多相关文章： WSN 定位 AOA RSS 路径规划 移动信标

【摘要】：近年来,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)在环境监测与保护、目标追踪、军事侦查等领域应用广泛。在这些应用中,位置都是最基本的上下文信息之一。由于WSN部署的节点具有随机性、数量大、能量有限的特点,因此,大多数定位方法都是以提高定位精度和效率、降低定位成本和功耗为目的。本文的主要工作有两个部分,第一部分是提出了一种基于RSS二次曲线拟合的AOA算法,改进了该类定位算法的定位精度;第二部分是提出了一种航空信标节点辅助三维定位移动路径规划方法,降低了该类定位方法的能量消耗,提高了系统的定位效率。许多无线定位应用通过旋转方向天线推测无线信号的到达角度(Angle Of Arrival,AOA)。但该类方法在稀疏抽样和复杂环境中的定位精度不高。我们在方向天线波瓣曲线的还原实验中发现,最大接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)附近的波瓣曲线与二次曲线近似。根据这一事实,本文提出了一种基于RSS二次曲线拟合的AOA定位算法。该算法利用最大RSS附近的数据拟合出二次曲线方程,通过曲线方程的最值点估测AOA。实验结果表明:该算法能够在稀疏抽样和复杂环境中保持良好的定位精度;真实环境实验的平均角度和定位误差分别为2.5°和0.28m;相比RAL定位算法,其角度和定位精度均提高了70%。三维定位对于相当多的WSN应用非常重要但通常复杂度与成本较高,基于移动(航空)信标辅助的三维定位是相对节约成本的一类方法。移动路径规划作为该方法的基础问题,寻找最佳的移动路径是其所面临的挑战。本文针对航空信标辅助WSN三维定位,提出了一种三维移动路径规划方法。该方法只需在两个平面上对三维部署区域进行两次相互独立的二维扫描,是一种实现简单,路径长度短的规划方法。3D SCAN、3D DOUBLE SCAN、3D HILBERT、3D CIRCLES、3D S-CURVES和3D LMAT是该方法的六种典型实现。各典型路径的三维定位仿真实验结果表明,基于该路径规划方法的三维移动路径能够满足三维定位需要。
【关键词】：WSN 定位 AOA RSS 路径规划 移动信标
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1 课题研究背景和意义9-10
• 2 研究现状和研究方法10-12
• 3 论文主要工作12-13
• 4 论文组织结构13-15
• 第二章 无线传感器网络定位原理15-29
• 1 定位方法的基本原理15-19
• 1.1 定位有关的概念与术语15
• 1.2 定位性能指标分析15-17
• 1.3 节点位置的计算方法17-19
• 2 基于静态信标节点的定位方法19-25
• 2.1 基于测距的定位方法20-22
• 2.2 非测距的定位方法22-25
• 3 基于移动信标节点的定位方法25-28
• 3.1 使用移动信标节点的优点25-26
• 3.2 基于测距的定位方法26-27
• 3.3 非测距的定位方法27
• 3.4 移动路径规划问题27-28
• 4 本章小结28-29
• 第三章 基于RSS二次曲线拟合的AOA定位算法29-41
• 1 引言29-30
• 2 方向天线波瓣曲线的二次曲线近似30-32
• 2.1 理论波瓣曲线的二次近似30-31
• 2.2 实测波瓣曲线的二次曲线近似31-32
• 3 基于RSS二次无线拟合的ＡＯＡ定位算法描述32-35
• 3.1 AOA角度估测方法32-33
• 3.2 定位算法方法33-35
• 4 仿真实验35-39
• 4.1 误差分析35-37
• 4.2 仿真实验的建立37
• 4.3 环境影响因子对定位精度的影响37-38
• 4.4 抽样间隔角度对定位精度的影响38-39
• 5 真实环境实验39-40
• 6 本章小节40-41
• 第四章 航空信标节点辅助WSN三维定位的路径规划方法41-55
• 1 引言41-42
• 2 二维移动路径规划方法42-46
• 3 航空信标三维移动路径规划方法46-49
• 3.1 基本思想46-47
• 3.2 典型实现路径47-49
• 4 最小二乘三维定位算法49
• 5 仿真实验建立49-50
• 5.1 RSS估测模型50
• 5.2 仿真参数50
• 6 结果与分析50-54
• 6.1 路径分辨率对定位精度的影响51
• 6.2 Z坐标对定位精度的影响51-52
• 6.3 环境噪声对定位精度的影响52-53
• 6.4 虚拟信标密度对定位精度的影响53-54
• 6.5 通信范围比对定位精度的影响54
• 7 本章小节54-55
• 第五章 总结和展望55-57
• 1 总结55-56
• 2 展望56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孟正大,王小忠;机器人无碰撞路径规划方法研究及实现[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期

2 何利,赵臣,臧军旗,桂许军,崔炜;基于几何学的路径规划方法[J];哈尔滨工业大学学报;2005年07期

3 吴峰光,奚宏生;一种新的基于切线的路径规划方法[J];机器人;2004年03期

4 谢贝贝;;移动机器人智能路径规划方法研究[J];福建电脑;2007年10期

5 岳明;邓宗全;刘荣强;;球形机器人准静态学分析及其路径规划方法[J];南京理工大学学报(自然科学版);2007年05期

6 徐晓翔;李卫国;王利利;陈莹菲;;路径规划方法在高校创新实验室的应用[J];现代商贸工业;2013年03期

7 庄晓东,孟庆春,熊建设,殷波,王汉萍;动态环境中基于增强式学习的路径规划方法[J];机器人;2001年S1期

8 赵苍荣;郑淼淼;;煤矿救援机器人的无线传感定位和路径规划方法研究[J];矿山机械;2012年12期

9 唐良;方廷健;;基于改进蚁群算法的路径规划方法[J];中国科学技术大学学报;2009年09期

10 杜宇上;;一种基于模糊逻辑的滚动窗口路径规划方法[J];现代电子技术;2010年13期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 邱雪娜;刘士荣;俞金寿;;完全遍历路径规划方法及其在清洁机器人中的应用[A];第二十三届中国控制会议论文集（下册）[C];2004年

2 乌萌;李艳;贺鹏;;基于北斗导航定位仪的路径规划方法研究[A];2008年船舶通信导航学术年会论文集[C];2008年

3 邱广宏;潘伟;程晓春;;基于多Agent资源配送的动态路径规划方法研究[A];全国自动化新技术学术交流会会议论文集（一）[C];2005年

4 朱磊;费敏锐;李佳骏;;Fira仿真足球机器人运动路径规划方法研究[A];2004中国机器人足球比赛暨学术研讨会论文集[C];2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 戴军强;基于评分的路径规划[D];苏州大学;2015年

2 程远才;基于强化学习和QoS的迁移实例路径规划研究[D];山东大学;2015年

3 陈燕生;考虑站点配置的公交车辆综合路径规划方法[D];北京化工大学;2015年

4 田晓亮;无人机路径规划方法研究[D];西安电子科技大学;2014年

5 叶林铨;基于伪谱法的自主泊车路径规划方法研究[D];中国科学技术大学;2016年

6 张筱;牙齿正畸路径规划方法研究及可视化开发[D];山东大学;2016年

7 吕远阳;基于群体智能的虚拟人群路径规划方法研究[D];山东师范大学;2016年

8 秦奇辉;城市环境下考虑实时与历史交通信息的路径规划方法研究[D];天津理工大学;2016年

9 刘馨雨;基于无线网络的AGVS控制技术与路径规划方法研究[D];华东理工大学;2016年

10 谭中华;无线传感器网络AOA定位算法与三维移动路径规划方法研究[D];温州大学;2016年

，

本文编号：683848