基于RSSI的室内无源感知模型和定位算法研究

摘要

现如今，无线传感器网络作为物联网底层感知的重要组成部分得到了越来越多的发展和应用，与此同时，人们对于感知定位技术的需求也越来越高;因此，利用无线传感器网络进行无源感知定位作为一种新的研究方向得到了广泛关注。基于无线传感器网络的无源感知定位方法与传统的感知定位方法相比有着许多优点。常用的通过检测光线、超声波、红外线等物理属性的感知定位方法会受到很多环境因素的限制，如光线、温度、盲区等。基于无线传感器网络的无源感知方法可以不受上述因素的干扰，它能有效的适应各种变化的环境，并且不需要感知目标配合携带任何的电子标签和移动设备，是一种新型的无源感知方法。因此它具有更为广阔的发展和应用前景。
　　在无线传感器网络中使用射频信号进行无源感知的方法，本质上是利用了障碍物遮挡对无线信号链路的影响，当有物体遮挡无线链路时，会使得链路信号接收强度(RSSI)发生改变，通过分析无线链路的这种变化属性，总结其变化规律，可以实现在实验区域内进行人员感知的目的，并通过利用椭圆模型算法，对感知区域内存在的人员进行定位。因此，本文围绕室内无源感知模型和定位算法开展研究。
　　论文首先分析了室内无线信号的传播特征和衰落模型，分析找出障碍物对信号功率的影响原因，并总结了椭圆模型定位方法，在此基础上设计了无源感知定位实验模型和实验方案，这其中包括了对感知定位流程的规划，对实验平台的设计，所采用的数据收集和处理方法以及感知定位所采用的算法程序。同时，在实验模型的基础上研究了椭圆模型定位算法，并根据实验结果分析算法的缺陷，对定位算法进行了改进，解决了定位中出现的边缘效应，提高椭圆模型定位算法的定位精度。在搭建实验系统的硬件选择上，实验中使用了以CC2530芯片作为控制核心的ZigBee无线传感器网络定位节点硬件模块;在软件编程中，实验中通过IAR Embedded Workbench编译环境使用了TI官方提供的简单协议Basic RF来编写和修改节点程序，完成感知节点的程序设计;通过使用环协机制实现了对于整个传感器网络节点的控制和数据采集，完成了无源感知定位实验模型的软硬件平台搭建，并对实验结果进行分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 研究内容及意义

1．4 章节安排

第二章 无源感知技术和定位方法

2．1 无源感知技术

2．1．1 无线传感器网络

2．1．2 目标感知步骤

2．1．3 有源感知和无源感知

2．2 定位方法

2．2．1 基于RSSI的无源定位技术

2．2．2 评估要点

2．3 本章小结

第三章 室内无线信号衰落分析和椭圆模型定位算法

3．1 室内无线信号衰落分析

3．1．1 室内无线信号传播特性

3．1．2 室内无线信号衰落模型分析

3．2 椭圆模型定位算法

3．2．1 椭圆模型

3．2．2 椭圆模型定位方法

3．3 本章小结

第四章 室内无线信号感知实验方案设计和定位算法改进

4．1 室内无线信号感知实验方案设计

4．1．1 节点部署和数据采集

4．1．2 实验方案

4．2 实验验证及算法改进

4．2．1 实验验证方案

4．2．2 椭圆定位算法改进

4．3 本章小结

第五章 室内无源感知软硬件平台搭建和实验测试

5．1 室内无源感知硬件平台

5．1．1 无线传感器网络协议和节点选型

5．1．2 CC2530芯片结构功能

5．1．3 节点电路模块

5．2 节点软件平台和程序设计

5．2．1 BasicRF简单协议

5．2．2 程序设计

5．3 实验测试

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参与的科研项目