群体移动场景下可穿戴设备的定位方法的研究

摘要

随着电子器件集成度越来越高，可穿戴设备得到了快速发展，其在智能设备市场中所占据的份额也越来越大。越来越多的消费者开始使用可穿戴设备，也就越来越重视可穿戴设备的基本功能——定位功能。近年来，有很多学者参与了对于群体移动场景下定位方法的研究。目前常用的定位技术有卫星导航定位和无线传感器定位。卫星导航系统的定位原理是用户同时接收到多颗卫星（至少4颗）的信号，根据伪距单点定位方法联立出4个方程，通过求解方程组即可完成定位功能。无线传感器定位主要有基于信号到达时间、信号到达角度和信号强度这三种定位方法。实现的无线技术有红外线、超声波、Wi-Fi、RFID、超带宽、ZigBee等。为了实现移动场景下的定位，对于移动场景下的定位，学者们提出的方法主要是基于移动信标节点来实现的。这些方法主要分为两类:一种仅需有一个信标节点，但是对于信标节点的移动轨迹有限制，信标节点必须沿着设定好的轨迹运动才能保证定位精度;另一种需要设置多个信标节点才能完成定位，但是对于信标节点的移动轨迹无特殊要求。这两类方法在实际应用时都存在适用场景有限和实现方式复杂的问题。
　　针对移动场景下的群体定位，本文改进已有的基于移动信标节点的定位方法，提出将北斗卫星导航系统和ZigBee技术相结合的方法。与现存方法相比，本文方法实现了仅设置一个信标节点即可完成对整个移动场景下的群体定位，对于信标节点的移动轨迹没有特殊要求，信标节点自身也处于无规则运动中。群体中仅有一个信标节点，其余节点均为普通节点，其中信标节点的位置信息由北斗卫星导航系统给出;普通节点通过ZigBee形成的自组织网络进行通信，根据信号强度值和行人航位推算求得自身的位置。仿真结果表明，该方法的定位精度达到3m—7m,基本符合人们日常使用的标准，可以满足实际生活中的使用需求。将该方法应用到可穿戴产品中，结果表明该方法可以完成群体在移动场景下的定位。

目录

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致谢

摘要

1 引言

1．1 论文背景及意义

1．2 定位技术研究现状

1．3 论文结构

2 导航系统与无线定位技术

2．1 导航系统

2．1．1 全球定位系统的定位

2．1．2 北斗卫星导航系统

2．2 GNSS定位原理及误差分析

2．2．1 GNSS定位原理

2．2．2 GNSS系统定位误差与处理

2．3 无线定位技术

2．3．1 超声波定位

2．3．2 蓝牙定位

2．3．3 红外线定位

2．3．4 RFID定位

2．3．5 超宽带技术定位

2．3．6 Wi-Fi定位

2．3．7 ZigBee定位

2．4 WSN定位算法

2．4．1 WSN算法的数据采集过程

2．4．2 WSN算法的数据处理过程

2．5 本章小结

3 移动场景下基于RSSI与信标节点的定位方法

3．1 基于RSSI的测距方法和信号传播模型

3．2 数据处理阶段

3．2．1 行人航位推算

3．3 普通节点定位方法

3．4 本章小结

4 仿真与结果分析

4．1 仿真环境和参数设定

4．2 实验结果与分析

4．3 本章小结

5 可穿戴检测设备

5．1 可穿戴检测设备的组成

5．2 硬件结构与连接

5．2．1 硬件模块组成与各模块简介

5．2．2 模块

5．3 设备通信协议开发

5．4 测试及结果

5．5 本章小结

6 总结与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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