基于多節(jié)點(diǎn)定位的光電無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及其控制器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、視覺(jué)定位技術(shù)、分布式信息融合處理技術(shù)的不斷發(fā)展，光電無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)(Electro-Optic Wireless Sensor Networks,EOWSN)在軍事、反恐、邊防等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。就定位方面而言，傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳感定位或光電定位技術(shù)已難以實(shí)現(xiàn)更高要求的定位需求。
　　本課題針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)節(jié)點(diǎn)定位(Node Localization,NL)需

2、要提前部署錨節(jié)點(diǎn)，且在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍中難以進(jìn)行實(shí)物檢測(cè)和定位問(wèn)題，研究了EOWSN總體關(guān)鍵技術(shù)（包括光電傳感器、控制器、WSN，等），提出一種NL和雙目定位綜合算法對(duì)雙重目標(biāo)（節(jié)點(diǎn)和覆蓋范圍內(nèi)人們感興趣的事物）精確定位，對(duì)節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)，并對(duì)定位系統(tǒng)進(jìn)行了總體構(gòu)建、程序設(shè)計(jì)和指標(biāo)驗(yàn)證。
　　首先，就整體系統(tǒng)而言，研究了網(wǎng)絡(luò)自組織、網(wǎng)絡(luò)自配置、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)融合、節(jié)能、定位等技術(shù)。在重點(diǎn)研究了多種 WSN定位算法(

3、Localization Algorithm,LA)和光電交叉LA的基礎(chǔ)上，提出一種基于輸出射頻控制寄存器值與距離擬合算法，融合雙目定位原理對(duì)雙重目標(biāo)進(jìn)行精確定位的系統(tǒng)方法。
　　其次，構(gòu)建了光電無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建，重點(diǎn)研究了節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)組成和工作原理、設(shè)計(jì)要求，對(duì)部分模塊方案選型進(jìn)行對(duì)比論證，明確了本課題硬件設(shè)計(jì)方向。重點(diǎn)以CC2530作為主控芯片的最小系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，尤其在天線(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)方面進(jìn)行了相應(yīng)軟件

4、仿真設(shè)計(jì)。針對(duì)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)指標(biāo)要求進(jìn)行了相應(yīng)軟件仿真、器件選擇和相應(yīng)電路設(shè)計(jì)。就定位功能需求，重點(diǎn)對(duì)人體紅外傳感器和光電圖像傳感器進(jìn)行了器件選型和相應(yīng)電路設(shè)計(jì)。
　　最后，針對(duì)提出的LA、節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)控制器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及誤差分析，結(jié)果表明：
　　1）節(jié)點(diǎn)硬件及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)結(jié)果均能達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)要求；
　　2）提出的系統(tǒng)LA在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件下具有其可行性。其中結(jié)合整體最小二乘法(TLS)對(duì)節(jié)點(diǎn)定位最大絕對(duì)誤差為

5、1.07m，較質(zhì)心定位法(Centroid Location Algorithm,CLA)提高了0.75m；TLS定位相對(duì)誤差均值為1.18％，比CLA提高38.14％。
　　3）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)的確定也就是節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中攝像頭坐標(biāo)的確定，通過(guò)系統(tǒng)中多個(gè)光電攝像傳感器利用光電測(cè)距交叉定位原理對(duì)實(shí)際15個(gè)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行三維定位，其定位誤差為ez≈0.76％>ex≈0.54％>ey≈0.5％，系統(tǒng)對(duì)實(shí)際目標(biāo)點(diǎn)定位精度較高，其易于實(shí)現(xiàn)。