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文檔簡介
1、位置信息如今已成為軍事行動和日常生活中所必須的基礎數(shù)據(jù)信息,在許多領域發(fā)揮著越來越重要的作用。在室外借助GPS等設備進行導航已成為人們出行的常用手段,但隨著城市建筑物密度不斷增大,傳統(tǒng)的GPS定位由于其固有的穿透性問題在室內(nèi)和城市峽谷等地方往往無法正常工作。同時,大眾對自己獲取位置信息的精確程度要求也在不斷提高,因而近年來涌現(xiàn)出許多基于民用通信設施的無線定位技術(shù),如無線局域網(wǎng)定位、蜂窩網(wǎng)定位和無線傳感網(wǎng)(WirelessSensor N
2、etworks,WSN)定位等。然而以上定位系統(tǒng)都存在一個共同的缺點,即要求被定位目標攜帶與其系統(tǒng)相匹配的定位裝置。當這樣的要求在一些應急情況或者保密環(huán)境下不能被滿足時,現(xiàn)有的定位手段都隨之失效。為了克服上述定位技術(shù)的不足,最近基于電磁波陰影衰落特性的無設備目標定位(Device-free Localization,DFL)技術(shù)被提出來。該定位技術(shù)采用低成本的WSN節(jié)點組建定位系統(tǒng),節(jié)點之間通過兩兩通信獲得對應鏈路的信號接收強度值(Re
3、ceived Signal Strength,RSS),根據(jù)目標對無線鏈路的影響來獲得目標的位置信息。該技術(shù)不僅可以克服大多數(shù)現(xiàn)有定位系統(tǒng)要求定位目標攜帶定位裝置的弊端,而且與現(xiàn)有的超寬帶雷達、紅外以及視頻攝像頭等非合作定位技術(shù)相比,具有成本低、精度高等優(yōu)勢,并且可以在黑暗或煙霧等有遮擋環(huán)境中使用。現(xiàn)有研究已表明DFL技術(shù)在人質(zhì)解救,入侵者檢測,老人監(jiān)護和呼吸率監(jiān)測等方面有著廣闊的應用前景。
盡管近幾年DFL技術(shù)得到飛速發(fā)展,
4、但由于RSS值在實際測量中容易受到環(huán)境因素的影響,具有時變特征,因此現(xiàn)有DFL技術(shù)的定位精度還不夠高,可靠性還不足。針對這些問題,本文中從搭建軟硬件實驗定位平臺入手,詳細研究了室內(nèi)外多種環(huán)境下的靜態(tài)定位算法和動態(tài)跟蹤算法,具體包括以下3個部分:
1、自主設計和構(gòu)建了實驗用定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)以Texas Instruments公司所研發(fā)的Zigbee芯片CC2530為基礎,自行設計了CC2530的外圍電路,通過布局優(yōu)化把串口功能、
5、燒錄功能、供電電路集合在一個電路系統(tǒng)中。軟件方面,以令牌網(wǎng)機制為基礎通過設計和修改Z-stack協(xié)議棧的介質(zhì)訪問控制層、硬件虛擬層和應用層讓所有節(jié)點能夠快速輪詢發(fā)送定位消息,定位消息中包含了先前收到的消息相應的節(jié)點號以及RSS值,協(xié)調(diào)器記錄下這些RSS值并通過串口傳送給電腦以便進行數(shù)據(jù)處理。
2、靜態(tài)目標定位算法研究。由于RSS值在實際測量中十分敏感,易受到其它同頻段電磁波、溫度、濕度等客觀因素的影響,使得許多基于RSS值的D
6、FL定位結(jié)果不理想。針對此問題,本文應用基于混合高斯模型的背景學習算法進行DFL定位,通過背景學習區(qū)分出背景RSS影響和前景目標位置,使RSS的波動對定位成像的影響大幅減小。為實現(xiàn)更高的DFL定位精度,本文進一步采用頻率分集技術(shù),根據(jù)多信道測量值來提高成像質(zhì)量。
3、移動目標動態(tài)跟蹤算法研究。本文借助Zigbee模塊良好的收發(fā)性能,同時在軟件上修改協(xié)議棧以改善其冗余度,使一次輪詢采樣能夠控制在毫秒級別,從而完全滿足對慢速移動的
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