基于CSS无线传感器网络室内定位技术研究

发布时间：2017-03-30 05:06

  本文关键词：基于CSS无线传感器网络室内定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)节点定位技术是无线传感器网络应用的基础和关键技术之一,其中室内定位作为无线传感器网络定位的一个应用场合,对人们生活、生产等具有重大意义。线性调频扩频(Chirp Spread Spectrum,CSS)技术具有较高的抗干扰能力和较长的传播距离,因此适合作为室内环境下的无线传感器节点定位技术。本文主要研究了基于CSS的节点定位技术,针对室内定位环境中存在的各种复杂条件的干扰,对CSS定位技术进行研究和优化。基于CSS的节点定位技术是一种基于测距的定位技术,采用到达时间(Time of Arrival,TOA)进行测距。本文探讨了基于CSS的测距技术在室内环境下所面临的问题及误差的来源,针对测距所面临的问题采用了改进的卡尔曼滤波器和测量冗余量接收信号强度指示值(Received Signal Strength Indicator,RSSI)对CSS测距进行优化。实验证明本文的方法可以有效的提高测距的精度,抑制室内环境下的测距误差。基于测距的节点定位算法有很多,本文研究了几种常见的基于测距的节点定位算法,在传统的最小二乘估计(Least Square Estimation,LSE)定位算法的基础上加入了卡尔曼滤波对定位结果进行平滑,并对卡尔曼滤波估计算法中的状态噪声方差阵和量测噪声方差阵的更新进行改进,最终应用到室内节点定位中。通过实验验证了本文算法在室内环境下的节点定位中具有较高的定位精度。针对室内环境下的节点定位,本文设计了一套基于CSS的室内定位系统,利用TOA的测量值作为指纹数据,通过计算获得定位指纹库,并利用改进的LSE算法实现精确的坐标级定位,提高了定位的精度和定位的效率。最后通过实验验证了算法的可行性。
【关键词】：无线传感网络 室内定位 线性调频扩频 卡尔曼滤波 最小二乘法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.3 本文主要工作14-16
• 1.3.1 本文主要研究内容14
• 1.3.2 本文研究成果14-16
• 第二章 无线传感器网络室内定位技术研究16-21
• 2.1 无线传感器网络定位技术概述16-17
• 2.2 无线传感器室内定位技术分类17-19
• 2.3 无线传感器室内定位存在的问题19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 基于CSS的室内定位测距优化技术21-37
• 3.1 基于CSS的无线定位技术简介21-22
• 3.2 基于CSS的测距技术22-23
• 3.2.1 基于CSS技术的无线测距原理22
• 3.2.2 基于CSS技术的无线测距误差分析22-23
• 3.3 基于CSS的测距方法23-26
• 3.3.1 基于SDS-TWR的测距算法23-24
• 3.3.2 双天线抑制误差的方法24-26
• 3.4 基于改进卡尔曼滤波算法的NLOS误差抑制26-30
• 3.4.1 NLOS误差模型及特征26
• 3.4.2 卡尔曼滤波算法26-28
• 3.4.3 改进卡尔曼滤波的NLOS误差抑制28-30
• 3.5 基于RSSI的室内多径干扰误差矫正30-36
• 3.5.1 室内情况下多路径干扰误差分析30-31
• 3.5.2 基于RSSI的多路径误差矫正31-32
• 3.5.3 实验结果分析32-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 基于LSE和改进自适应卡尔曼滤波的室内定位算法37-49
• 4.1 基于测距的节点位置估算方法研究37-41
• 4.1.1 常用位置估计算法37-39
• 4.1.2 定位算法问题分析39-41
• 4.2 基于卡尔曼滤波和LSE的室内定位算法41-48
• 4.2.1 LSE和卡尔曼滤波结合的定位算法41-45
• 4.2.2 改进的自适应卡尔曼滤波45-47
• 4.2.3 定位实验及结果分析47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 基于CSS的室内定位系统搭建及定位实验49-67
• 5.1 室内定位的基本流程49-50
• 5.2 基于CSS的室内定位系统设计50-54
• 5.2.1 基于CSS的室内定位系统算法设计50-51
• 5.2.2 算法的具体实现51-54
• 5.3 实验平台搭建54-59
• 5.3.1 硬件部分54-56
• 5.3.2 软件部分56-59
• 5.4 定位实验及结果分析59-66
• 5.4.1 室内楼层定位实验59-61
• 5.4.2 房间内四点定位实验61-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 总结和展望67-69
• 6.1 全文总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文73

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