基于改进测距算法的无线定位系统研究与软件实现

摘要

近几年来,我国铁路运输系统发展迅速。不但机车的速度得到了很大的提高,而且机车的数量也明显增多。要想做好大量机车的调度和导航工作,机务段须对段内机车进行实时精确的定位,以便能及时了解现场机车的分布情况并进行有效的管理和维护。这就给机务段机车的管理提出了新的要求和挑战。在传统的机车管理系统中,现有机务段多是采用人工瞭望和摄像头监控的方法完成机车的定位的,这在新的机车定位要求下暴露出了很多的缺点。人工瞭望法实时性比较差,且需要增加目测人员比较费时费力,而摄像头监控法则系统比较复杂、需要一定的硬件设施,实现成本比较高而且对非视距的干拢也比较敏感,有无法覆盖到的死区存在。
　　 本文以解决上述问题为出发点,对基于IEEE 802.15.4通信协议的无线传感器网络定位方法作相关的讨论和研究。首先从介绍无线定位技术在国内外的研究、发展现状入手,着重研究了无线传感器网络中的测距方法和定位技术；接着在此基础上提出了一种利用对称双边到达时间测距算法和最小二乘定位算法的机务段机车精确定位实现方案；并以公司的作业区智能动态定位管理系统项目为依托,详细设计了一套基于无线传感器网络技术的机务段机车实时无线定位管理系统,通过在定位现场铺设的无线传感器节点,利用无线信号传输的时间来计算移动节点与各个基站之间的距离,然后再结合相应的定位算法把距离信息转换成基于参考点的相对坐标信息,最终把坐标信息通过中继节点传给上位机,并在显示界面上显示出来。
　　 通过对测距结果统计分析,本文验证了对称双边到达时间测距算法较高的测距精度和对晶振误差的鲁棒性；通过在30m×30m区域实地定位,作者还测试了该系统的定位效果,验证了其在定位精度和实时性方面基本实现了设计的要求,满足机务段环境下的定位需要；同时也发现系统在显示界面上有误差抖动现象,并对此进行分析,也提出了相应的解决办法。最后总结全文并对后续的工作做出展望。