基于WSN的三維定位系統(tǒng)與算法研究.pdf

1、節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術和應用基礎，并且定位技術已經(jīng)從二維空間逐步過渡到三維空間。實際定位應用中，二維平面定位系統(tǒng)一般不能滿足要求，必須擴展到三維空間中，其中的重點研究方向為室內三維空間的定位。在部署室內三維定位系統(tǒng)的過程中，往往也會遇到一些問題，如信標節(jié)點的自定位問題，解決問題的算法具有很強的實用性。三維空間有其獨有的特點，算法將會比二維平面定位更加復雜，更適于三維空間的算法仍然有巨大的發(fā)展空間，值得去進行研究探索。因此，本

2、文主要研究三維定位系統(tǒng)節(jié)點間相對位置關系的特點，并基于其特點提出了一些改進的算法。
　　本文首先闡述了無線傳感器網(wǎng)絡的基本概念、結構、特點，對無線傳感器網(wǎng)絡定位技術進行了分析。然后介紹了適合三維環(huán)境的定位算法。并對Cricket3D定位系統(tǒng)的原理和軟硬件結構進行了簡單的介紹。根據(jù)Cricket節(jié)點的特點，對信標節(jié)點的布置方式進行了研究，最后布置了三維定位系統(tǒng)。
　　然后分析信標節(jié)點位置估計的線性自定位算法的應用環(huán)境與特點，并

3、提出一種基于加權最小二乘改進的線性自定位算法，繼承了線性自定位不依靠被測節(jié)點的位置坐標，只需要增加一定測量次數(shù)，就可以獲得信標節(jié)點間的相對位置坐標的特點。并依據(jù)不同的幾何分布對誤差傳遞影響的不同提出了加權最小二乘估計，進一步提升了估計精度，并進行了仿真實驗對提出算法性能進行了分析。
　　其次研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡的三維定位系統(tǒng)中信標節(jié)點的位置坐標優(yōu)化的問題。首先對移動機器人和定位系統(tǒng)進行建模，提出了提高機器人定位精度的系統(tǒng)狀態(tài)預

4、測方程，實現(xiàn)了信標節(jié)點的位置校準優(yōu)化。然后對比分析了EKF,HF,STF幾種濾波算法性能，HF對于系統(tǒng)模型的不確定性有更好的適應能力，STF在系統(tǒng)存在較大誤差擾動的情況下，對真實狀態(tài)有著更好的跟蹤特性，并通過仿真數(shù)據(jù)進行了驗證。
　　最后分析了基于Cricket定位系統(tǒng)的三維定位算法的特點，提出了三個信標節(jié)點進行三維定位的問題，并研究了它的兩種解決算法:高斯牛頓迭代法和基于Cayley-Menger行列式的定位算法。高斯牛頓迭代法