融合RFID和激光信息的动态目标定位研究

摘要

随着物联网技术的发展，人们对基于位置服务的需求愈加强烈。RFID （ Radio Frequency Identification）与二维激光传感作为物联网和室内定位的关键技术，具有定位精度较高、耗能小、成本低等优点。其中，RFID无线信号在室内环境中存在多径衰落等问题，对定位精度有很大的影响。同时，二维激光传感器需要复杂的识别算法才能定位到目标。因此，本课题基于粒子滤波器融合RFID与二维激光传感器信息，并对动态目标定位问题进行了研究。具体的研究设计工作可分为以下几部分：　　首先，采用RFID信息用于目标识别，并结合二维激光传感器得到的距离和角度，既可定位到动态目标的位置，又可以减少 RFID 信号建模和激光进行地图构建所需要的时间。同时，根据整个定位系统建立了RFID与激光数据的采集平台。　　其次，为了使RFID与二维激光传感器检测到的物体为同一目标，本课题提出一种速度匹配的方法。该方法利用RFID相位差和激光检测的信息，分别估算出RFID检测到的目标运动速度和激光检测到的移动物体速度。将两个速度进行匹配，并根据匹配结果对应的激光信息定位动态目标。实验结果表明，速度匹配方法可实现动态目标的粗略定位。　　然后，针对动态目标定位精度问题，本课题对传统的粒子滤波算法进行了部分改进；并采用点云聚类算法处理激光数据，提高速度匹配的准确度。根据新的速度匹配结果，选取不同的粒子滤波预测方式，同时将K个最佳匹配结果用于粒子滤波的更新，实现对动态目标的定位。实验结果表明，基于粒子滤波器融合RFID相位和激光聚类的定位方法，有效地提高了系统的定位精度。　　最后，由于系统选用的RFID和二维激光传感器检测范围不一致，本课题针对胴体目标是否在RFID检测范围内，分别采用RFID融合激光DBSCAN聚类信息或仅用激光聚类信息实现连续定位动态目标。结合粒子滤波器融合 RFID 与激光的动态目标连续定位实验，可表明本课题采用的方法极大提高了目标定位的精度。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 室内定位技术研究现状

1.2.2 RFID定位技术研究现状

1.2.3 粒子滤波算法的研究现状

1.2.4 多传感器融合技术研究现状

1.3.1 课题研究内容

1.3.2 课题研究关键点

1.4文章结构

1.5本章小结

2 RFID与激光融合定位技术的基础

2.1 RFID技术概述

2.1.1 RFID系统组成

2.1.2 RFID的工作原理

2.1.3 RFID技术的优缺点

2.2 激光技术介绍

2.2.1 二维激光传感器工作原理

2.2.2 二维激光传感器的优缺点及应用

2.3 RFID与激光信息融合分析

2.3.1 RFID与激光信息融合可行性分析

2.3.2 定位融合技术分析

2.4 贝叶斯滤波

2.4.1 贝叶斯定理

2.4.2 粒子滤波

2.5 本章小结

3 基于速度匹配的动态目标定位研究和设计

3.1 RFID和激光点的速度匹配定位动态目标

3.1.1 RFID相位差估算速度

3.1.2 基于激光信息估算径向速度

3.1.3 速度匹配

3.1.4 基于RFID和激光点的速度匹配定位

3.2 基于激光聚类的速度匹配

3.2.1 激光数据的分组

3.2.2 激光数据的分割

3.2.3 整合与过滤

3.2.4 激光聚类的径向速度估算

3.2.5 基于RFID与激光点云聚类的速度匹配

3.3基于粒子滤波的动态目标定位算法

3.3.1 多种预测方法的粒子滤波方法

3.3.2 基于相似性K近邻的粒子滤波更新

3.4 本章小结

4 融合RFID和激光信息连续定位动态目标

4.1 激光数据的DBSCAN聚类

4.1.1 DBSCAN聚类

4.1.2 激光径向速度的估算

4.2 RFID和激光可用信息的数据处理

4.2.1 基于RFID与激光DBSCAN聚类的速度匹配

4.2.2 基于激光聚类的目标跟踪

4.3基于改进的粒子滤波连续定位算法

4.3.1 粒子滤波预测部分改进

4.3.2 粒子滤波更新部分改进

4.4本章小结

5 系统设计与实验分析

5.1 实验平台介绍

5.2 基于RFID与激光点的速度匹配定位实验

5.2.1 实验结果分析

5.2.2 不同实验参数的影响

5.3基于粒子滤波的动态目标定位实验

5.3.1 实验结果分析

5.3.2 不同实验参数的影响

5.4融合RFID和激光信息连续定位动态目标实验

5.4.1 实验结果分析

5.4.2 不同实验参数的影响

5.5本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果