基于CSS技术的实时定位系统设计与实现

发布时间：2017-08-17 10:25

  本文关键词：基于CSS技术的实时定位系统设计与实现

  更多相关文章： 无线定位 CSS TDM NLOS SDS-TWR 卡尔曼滤波 定位算法

【摘要】：科技快速进步和发展的今天,节点位置信息在网络技术应用中有着不可替代的作用。目前,全球卫星定位系统比较成功解决了室外定位问题,给人们生活带来了巨大便利,但在无法接收到GPS信号的应用场景下,无线定位的研究是传感器网络领域的热点课题。本论文针对GPS系统无法应用的场景,设计并实现了基于CSS技术的高精度无线实时定位系统。论文分析定位需求并设计系统架构,继而搭建无线实时定位系统。在此基础上,研究抑制非视距传播的数据滤波算法及定位算法,且在室内外测试系统功能和性能。具体内容如下：(1)定位系统需求分析及架构设计。首先对国内外目前无线定位技术和定位方法介绍并比较,本文选择CSS技术结合双边双向测距算法的TOA定位方法来实现无线定位系统。(2)无线实时定位系统的实现。完成了基于NanoPAN5375模块和Atmel嵌入式微控制器ATmega1284p的节点硬件设计与电路调试。锚节点与标签间实现SDS-TWR测距算法。在定位系统平台中实现了TDM调度与多点测距,并完成了数据提取、协议解析、数据滤波和定位算法等核心模块。(3)抑制非视距传播对无线定位系统的影响。在改善测距误差方面：实现SDS-TWR测距算法并利用曲线拟合矫正原始测量数据,减小测量偶然误差,利用提出的改进卡尔曼滤波算法平滑测距数据,减少测距数据抖动从而减弱NLOS误差；在定位算法方面,利用加权最小二乘法与Min-Max结合的定位算法,同时使用残差加权算法,进一步滤除非视距传播误差以及定位估计误差。(4)定位系统的功能和性能测试。在室内外两个典型的应用场景下对定位系统测试,经验证,系统具备对多标签的区域定位、一维定位、二维定位和跟踪功能,且室内外定位精度可以达到lm左右。
【关键词】：无线定位 CSS TDM NLOS SDS-TWR 卡尔曼滤波 定位算法
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 课题研究现状12-14
• 1.2.1 无线定位技术研究现状12-14
• 1.2.2 CSS技术研究现状和特点14
• 1.3 论文主要研究内容及结构安排14-17
• 第二章 无线定位系统概述17-27
• 2.1 无线定位技术介绍17-21
• 2.1.1 超声波定位技术17-18
• 2.1.2 RFID定位技术18-19
• 2.1.3 ZigBee定位技术19
• 2.1.4 相位差定位技术19-20
• 2.1.5 UWB定位技术20
• 2.1.6 CSS定位技术20-21
• 2.2 无线定位方法介绍21-24
• 2.2.1 RSSI定位估计法21-22
• 2.2.2 TOA定位估计法22
• 2.2.3 TDOA定位估计法22-23
• 2.2.4 AOA定位估计法23-24
• 2.2.5 混合定位方法24
• 2.3 衡量定位算法的性能指标24-25
• 2.4 无线定位系统需求分析25-27
• 第三章 无线实时定位系统的设计与实现27-41
• 3.1 无线实时定位系统架构设计27-29
• 3.2 硬件设计与实现29-34
• 3.2.1 电源模块30-31
• 3.2.2 MCU模块31-32
• 3.2.3 串口模块32
• 3.2.4 射频模块32-33
• 3.2.5 节点PCB及实物图33-34
• 3.3 软件设计与实现34-40
• 3.3.1 嵌入式软件设计与实现34-37
• 3.3.2 定位引擎软件设计与实现37-38
• 3.3.3 服务器软件设计与实现38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 抑制非视距传播对无线测距和定位的影响41-52
• 4.1 定位误差分析与NLOS误差识别问题41-42
• 4.2 SDS-TWR算法和曲线拟合方法减少测量误差42-43
• 4.3 改进的卡尔曼平滑滤波算法消除NLOS误差43-46
• 4.4 定位算法设计46-50
• 4.4.1 圆周定位原理46
• 4.4.2 加权最小二乘法定位算法46-48
• 4.4.3 Min-Max定位算法48
• 4.4.4 加权最小二乘法与Min-Max结合的定位算法48-49
• 4.4.5 残差加权定位算法49-50
• 4.5 平滑处理定位结果50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第五章 系统测试52-61
• 5.1 测试环境及仪器52
• 5.2 室外测试52-57
• 5.2.1 室外测距实验53-54
• 5.2.2 室外定位实验54-57
• 5.3 室内测试57-60
• 5.3.1 室内测距实验57-58
• 5.3.2 室内定位测试58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 论文总结与展望61-63
• 6.1 论文总结61-62
• 6.2 论文展望62-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 毛敏;;GPS卫星定位系统简介[J];陕西国防工业职业技术学院学报;2010年01期

2 王书锋;侯义斌;黄樟钦;张勇;陈锐;;无线感知网络最小二乘法定位算法的误差分析与优化[J];系统仿真学报;2009年19期

3 王建刚;王福豹;段渭军;;加权最小二乘估计在无线传感器网络定位中的应用[J];计算机应用研究;2006年09期

4 李静,刘琚;用卡尔曼滤波器消除TOA中NLOS误差的三种方法[J];通信学报;2005年01期

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本文编号：688502