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基于无线电干涉测距的低能耗传感器网络定位系统

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1 绪论

1.1 定位应用需求

1.2 各种定位技术概述与性能分析

1.3 基于传感器网络的定位技术综述

1.4 结论

2 基于无线电干涉测距的SRIPS定位算法

2.1 无线电干涉测距的基本原理及理论推导

2.2 频率和相位估计

2.3 距离估计

2.4 SRIPS定位算法

2.5 本章小结

3 系统方案设计

3.1 总体目标

3.2 设计思想

3.3 系统总体设计

3.4 本章小结

4 系统硬件设计

4.1 传感器节点系统结构

4.2 传感器节点设计

4.3 本章小结

5 系统的软件实现

5.1 定位程序设计

5.2 通信协议及程序设计

5.3 本章小结

6 系统实验测试

6.1 系统部署说明

6.2 定位实验

6.3 本章小结

7 总结与展望

致谢

参考文献

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摘要

面向移动目标的定位系统是人们日常生活和物流生产中一项重要的应用需求。常用的定位手段包括GPS、红外、超声波、UWB、基站信号、WiFi和Zigbee信号等。无线传感器网络由于具有成本低廉、易于部署、灵活性、兼顾数据通信等优势,因而在定位应用中受到人们的关注。目前无线传感器网络的定位算法主要分为两类:基于测距的定位算法和非测距定位的算法。基于测距的定位算法定位精度较高,但是一般需要额外复杂的硬件,且计算开销较大,能耗较高;而非测距定位算法不需要额外的硬件,但定位精度较低。
  本文研究了基于无线电干涉测距思想的SRIPS定位算法,设计并实现了一个基于SRIPS算法的低成本、低能耗的传感器网络定位系统。主要工作包括:设计并实现基于CC2530的低成本无线传感节点硬件,测试比较了两种低成本的PCB射频天线的性能,讨论了SRIPS算法定位精度与采样点数之间的关系、并实现了低通信开销的SRIPS定位算法,完成了整个定位系统的联调实现。经实际室外环境测试:本节点的有效通信范围与相同功耗的MicaZ节点基本相当,但本节点的天线成本极低;本系统的目标节点在定位时间为1秒时,静止时的定位误差在90%情况下小于1米,基于行人移动时的定位误差在90%情况下小于2.6米。

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