室内大型公共场所的无线定位与数据分析系统的研究

摘要

近年来，随着人们对定位信息的需求与日俱增，室内定位技术的应用越来越广泛。应用于机场、商场等室内公共场所的定位信息，可以方便快捷的找到所需的行李或是走散的人员。此外，越来越多的应用程序也需要使用室内定位信息实现自身的功能，硬件资源检测系统则可以根据定位信息，确定配备个人数据终端的用户所在区域，查询已知的资源分布图，帮助用户就近找到所需的设备。
　　 论文重点研究在室内复杂的大型公共场所中实现人员定位，以及所涉及到的定位算法的改进、基本通信节点的设计。目标在于通过本次研究探索，为室内无线定位传感器网络系统构建一个模块化、可重构的控制框架，为传感器节点开发、传感器网络协议研究、传感器数据融合技术提供一个实验平台。
　　 主要研究内容是以数据为中心，以“数据获取，数据传输，数据分析”为主脉络，通过传感器网络感知特征信息而得到目标位置，具体的内容为：(1)提出本系统的总体结构框架设计；(2)提出适合本文的数学模型以及采用的算法，并对结果进行分析处理，改进算法；(3)设计基本的通信节点，自定义无线传输协议；(4)后台节点信息以及资源分布图等相关数据库的建立。
　　 论文实现了在室内的公共场所中对人员的定位，并对结果进行了误差分析。测试结果表明，在一定的定位精度范围内，论文所采用的研究方法可行，达到了预期的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1室内无线定位的概况

1.1.1 室内无线定位技术的需求

1.1.2典型室内定位系统介绍及评价

1.1.3 室内定位的研究方向

1.2意义

1.2.1课题研究的意义

1.2.2数据分析的意义

1.3论文主要内容

2系统方案的选定

2.1系统的需求分析

2.2定位策略的选择

2.3无线通信芯片选型

2.3.1 CC1100芯片特性

2.3.2 NRF905芯片特性

2.3.3 NRF2401芯片特性

2.3.4选择NRF2401的理由

2.4系统处理器的选择

2.5系统的网络结构

2.5.1 网络结构

2.5.2体系结构

2.6方案的选择

2.6.1 定位系统基本模型

2.6.2室内定位系统基本模型及其难点与解决方案

2.6.3本文的定位系统

3定位算法

3.1三种主要的定位参数

3.1.1场强定位技术

3.1.2到达入射角定位技术

3.1.3到达时间／到达时间差定位技术

3.1.4 小结

3.2定位算法的数学模型

3.2.1 定位问题的最小二乘表示

3.2.2　TDOA双曲线模型

3.2.3 chan算法

3.3本文中采用的算法描述

3.3.1 算法的步骤

3.3.2本文采用的数学模型

3.3.3数学模型的处理

4无线通信模块的研究

4.1工作模式

4.1.1 收发模式

4.1.2配置模式

4.1.3 空闲模式

4.1.4关机模式

4.1.5本文选用的收发模式

4.2通信协议的研究

4.2.1 NRF2401 通信协议研究

4.2.2通信命令结构及其实现

4.3串口介绍

4.3.1 本文中的串口程序

4.3.2 串口的界面程序

5系统的硬件设计

5.1关键问题分析

5.1.1低功耗设计

5.1.2避免邻道干扰

5.1.3 分频应答

5.2底层的硬件结构与设计

5.2.1 下载线

5.2.2给NRF2401供电

5.2.3 MCU系统连接信标节点电路

5.2.4超声波发射电路

5.2.5超声波接收电路

6系统的软件设计

6.1系统的分析与设计

6.1.1结构化分析及模块化设计

6.1.2系统功能模块的划分

6.2具体的程序代码

6.2.1主程序设计

6.2.2无线模块的收／发程序

6.3系统的定位结果显示图

7数据分析

7.1数据的完整性和安全性

7.2数据分析

7.3定位结果的误差图

7.4产生误差的原因及修正

7.4.1 影响室内无线定位精度的原因

7.4.2 修正

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文