基于無線傳感網的無源非合作目標定位方法與技術研究.pdf

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據信息，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，因而近年來涌現出許多基于民用通信設施的無線定位技術，如無線局域網定位、蜂窩網定位和無線傳感網(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，現有的定位手段都隨之失效。為了克服上述定位技術的不足，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）技術被提出來。該定位技術采用低成本的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)，根據目標對無線鏈路的影響來獲得目標的位置信息。該技術不僅可以克服大多數現有定位系統(tǒng)要求定位目標攜帶定位裝置的弊端，而且與現有的超寬帶雷達、紅外以及視頻攝像頭等非合作定位技術相比，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。現有研究已表明DFL技術在人質解救，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，因此現有DFL技術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，以令牌網機制為基礎通過設計和修改Z-stack協(xié)議棧的介質訪問控制層、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)調器記錄下這些RSS值并通過串口傳送給電腦以便進行數據處理。
　　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。為實現更高的DFL定位精度，本文進一步采用頻率分集技術，根據多信道測量值來提高成像質量。
　　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