面向四旋翼飛行器的室內(nèi)定位系統(tǒng).pdf

1、隨著遠程遙控和自動控制技術的高速發(fā)展，無人飛行器在軍用和民用領域均展現(xiàn)出了極大的潛力。同時，其應用范圍的迅速拓展也對無人飛行器的定位技術提出了新的要求。在室內(nèi)定位領域中，因為GPS定位準確率明顯下降，如何定位無人飛行器仍然是一個挑戰(zhàn)性的問題。先前的工作多是基于圖像或超聲波定位技術，但是仍存在成本高、能量消耗大等缺點。因此，在本文中，我們致力于在四旋翼無人飛行器上實現(xiàn)基于WiFi-RSS（Received Signal Strength）

2、指紋分布的室內(nèi)定位方法。該方法的主要特點是除已經(jīng)廣泛安裝的無線路由器以外，不需要安裝額外的定位設備，因而系統(tǒng)建立成本低，能量消耗小。
　　但是，現(xiàn)存的基于WiFi-RSS指紋的室內(nèi)定位系統(tǒng)并不能直接被應用于定位四旋翼飛行器，因為實際應用中部分不穩(wěn)定的無線路由器會造成定位錯誤，且飛行器的高速飛行也會造成定位誤差的顯著增大。為此，我們針對四旋翼飛行器的靜態(tài)、動態(tài)兩種不同的飛行狀態(tài)，設計了兩種定位方法，即面向靜態(tài)四旋翼飛行器的定位方法，

3、以及面向動態(tài)四旋翼飛行器的定位方法，并分別構建實現(xiàn)了基于這兩種方法的子系統(tǒng)。
　　在面向靜態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)中，我們提出使用具有兩種天線輻射模式的智能無線路由器進行定位。該無線路由器能夠通過切換其天線的工作模式，在室內(nèi)產(chǎn)生兩種不同的RSS分布狀態(tài)。基于該特點，一臺智能無線路由器能夠起到傳統(tǒng)定位系統(tǒng)中兩臺無線路由器的作用，從而能夠在保證定位精度不變的前提下，有效地減少無線路由器的使用需求量。為了實現(xiàn)本系統(tǒng)，我們設計了1)一套

4、同步定位機制，以管理智能無線路由器的模式轉(zhuǎn)換以及飛行器進行RSS測量間的同步關系。2)同步定位機制中的一種自適應參數(shù)調(diào)整方法，適應無線網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性以及飛行器測量設備的差異性。實驗結果表明本子系統(tǒng)能夠在保證定位精度不變的同時，將所需的無線路由器的數(shù)量減少一半。
　　在面向動態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)中，我們提出可以利用歷史定位數(shù)據(jù)以修正四旋翼飛行器的飛行路徑，從而提高定位精度。同時，四旋翼飛行器在飛行過程中可以使用傳感器輔助測量飛

5、行數(shù)據(jù)，協(xié)助定位過程。此外，我們還針對三維定位系統(tǒng)訓練階段工作量大的特點，采用了基于插值的算法，減少了RSS數(shù)據(jù)采樣密度。為了實現(xiàn)本系統(tǒng)，我們1)提出了包括路徑修正、路徑擬合以及位置預測在內(nèi)的一系列算法，以減少高速飛行造成的負面影響。2)提出了四維RSS插值算法，減少了RSS訓練數(shù)據(jù)采集的工作量，同時考慮了RSS數(shù)據(jù)的概率分布特性。實驗證明相對于一般定位系統(tǒng)，本子系統(tǒng)能夠?qū)⑵骄ㄎ徽`差減少50％以上，RSS指紋訓練數(shù)據(jù)的采集工作量減少了