室内移动目标精确定位系统的设计与实现

摘要

本学位论文的研究课题来源于国家电网公司科技项目“电力光纤传感、信息感知与光纤无线融合通信技术研究”。本文针对室内环境，设计无线定位系统，实现对移动目标的高精度定位功能。
　　论文首先针对室内定位场景，选取合适的定位技术，给出定位系统的总体方案;其次，设计并实现了基于Zigbee的无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)，结合实验数据分析比较了三边测量与指纹识别算法的性能，提出了平滑算法;然后，设计并研制了基于Android操作系统的手持终端，实现了室内与室外环境下定位功能的切换;最后，研制了主控中心的上位机软件，其平滑算法分别基于最邻近、K邻近、加权K邻近的匹配定位结果。
　　全文共有六章。第1章主要介绍本课题的研究背景与意义，以及现有的定位系统和关键技术。第2章提出了本文室内定位系统的总体设计方案，讨论了系统所涉及的关键技术。第3章研究并设计了基于Zigbee的WSN，研制了本定位系统的盲节点、锚节点和协调器，通过实验确定本系统的定位算法采用基于最邻近法的指纹匹配算法，同时提出自适应平滑、二次平滑、三次平滑等算法。第4章设计并研制了基于Android操作系统的手持终端软件，实现了定位和通信的双重功能。第5章采用Delphi编程语言开发了主控中心软件，并对定位系统进行联调，同时重点比较了基于最邻近、K邻近、加权K邻近的平滑定位算法的性能，得出在慢速移动的场景，采用基于最邻近匹配的自适应平滑算法可以获得小于1m的平均定位误差，而采用二次平滑或三次平滑可以加快定位的收敛速度，从而适用于快速移动的场景。第6章对全文进行总结，并给出指纹匹配与惯性导航相融合的研究思路。

目录

声明

摘要

缩略语

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 室内定位系统与关键技术

1．3 论文主要内容及章节安排

第2章 室内定位系统总体设计方案

2．1 定位场景的分析

2．2 定位系统中的关键技术

2．3 定位系统总体设计方案

2．4 定位算法

2．4．1 三边测量法

2．4．2 场景指纹识别法

2．5 本章小结

第3章 无线传感器网络及定位算法

3．1 WSN平台的搭建

3．1．1 Zigbee硬件平台的设计与实现

3．1．2 Zigbee软件平台的设计与实现

3．2 WSN数据交互设计与节点软件实现

3．2．1 WSN数据交互设计

3．2．2 协调器

3．2．3 锚节点

3．2．4 盲节点

3．3 系统定位算法的研究

3．3．1 基于距离的三边测量法

3．3．2 与距离无关的指纹识别法

3．3．3 定位平滑算法

3．4 本章小结

第4章 手持终端软件的设计与实现

4．1 手持终端的设计方案

4．1．1 Android操作系统简介

4．1．2 手持终端的功能设计

4．1．3 Socket通信原理

4．1．4 Android相关类

4．2 手持终端模块单元的设计与实现

4．2．1 Android网络通信

4．2．2 Android系统的GPS功能

4．2．3 Android系统的蓝牙功能

4．3 手持终端功能演示

4．3．1 室外定位功能实现

4．3．2 室内定位功能实现

4．4 本章小结

第5章 主控中心及定位实现

5．1 主控中心功能

5．1．1 系统管理

5．1．2 数据采集与定位实现

5．1．3 定位结果显示

5．2 系统联调

5．2．1 主控中心与WSN联调

5．2．2 主控主心与手持终端Socket通信

5．3 定位结果与分析

5．3．1 误差距离分析

5．3．2 定位收敛性能

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果