井下環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個重要分支，在許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。當(dāng)前我國煤礦安全事故頻發(fā)，現(xiàn)有的RFID識別技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對井下作業(yè)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在事故發(fā)生后不能及時(shí)掌握被困人員的準(zhǔn)確位置而錯過最佳的營救時(shí)間。因此井下人員實(shí)時(shí)定位技術(shù)的研究已成為不容忽視的研究課題，基于這樣的背景本文研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的井下人員定位技術(shù)，并對人員定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
　　首先，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用定位算法，包括

2、基于測距的定位算法和無需測距的定位算法，重點(diǎn)分析了各種定位算法的計(jì)算復(fù)雜度和定位性能，總結(jié)各種定位算法的局限性和不足。在綜合考慮算法計(jì)算復(fù)雜度、定位性能、對硬件設(shè)配要求和礦井定位應(yīng)用場景之后，選擇基于RSSI的定位算法作為本文研究的主要方向。
　　其次，研究了井下環(huán)境無線信號傳播路徑損耗模型并在類似井下巷道環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室走廊進(jìn)行RSSI試驗(yàn)，根據(jù)最小二乘原理擬合得到路徑損耗模型參數(shù);考慮到井下巷道各處環(huán)境差異較大，設(shè)計(jì)了一種在實(shí)際定

3、位過程中路徑損耗系數(shù)動態(tài)計(jì)算的方法;針對RSSI值波動較大問題，采用了高斯濾波對多次接收的RSSI值進(jìn)行處理并對濾波效果做了測試;針對井下巷道內(nèi)無線信號反射、折射、多徑傳播比較嚴(yán)重導(dǎo)致測距誤差較大的情況，設(shè)計(jì)了一種參考節(jié)點(diǎn)輔助測距算法，該算法利用參考節(jié)點(diǎn)位置信息已知的前提條件，通過選取距離移動節(jié)點(diǎn)最近的參考節(jié)點(diǎn)輔助移動節(jié)點(diǎn)完成測距;針對井下定位的特殊應(yīng)用場景，分別研究了加權(quán)質(zhì)心定位算法(WCL)和Min-Max定位算法，這兩種算法的計(jì)算

4、復(fù)雜度低對設(shè)備硬件要求不高非常適合能量和計(jì)算能力都十分有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的需求，最后對兩種算法在真實(shí)場景下的定位性能做了測試。
　　再次，基于井下環(huán)境人員定位的需求。對井下環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，并完成了系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及軟硬件實(shí)現(xiàn)。硬件部分主要是基于TI CC2530芯片設(shè)計(jì)了一款便于隨身攜帶的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，軟件實(shí)現(xiàn)以ZigBee2007/Pro協(xié)議棧的基礎(chǔ)上分別對協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、參考節(jié)點(diǎn)及移動節(jié)點(diǎn)定位功能進(jìn)