基于WSN的三維定位系統(tǒng)與算法研究.pdf

1、節(jié)點定位是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)，并且定位技術(shù)已經(jīng)從二維空間逐步過渡到三維空間。實際定位應(yīng)用中，二維平面定位系統(tǒng)一般不能滿足要求，必須擴展到三維空間中，其中的重點研究方向為室內(nèi)三維空間的定位。在部署室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的過程中，往往也會遇到一些問題，如信標(biāo)節(jié)點的自定位問題，解決問題的算法具有很強的實用性。三維空間有其獨有的特點，算法將會比二維平面定位更加復(fù)雜，更適于三維空間的算法仍然有巨大的發(fā)展空間，值得去進(jìn)行研究探索。因此，本

2、文主要研究三維定位系統(tǒng)節(jié)點間相對位置關(guān)系的特點，并基于其特點提出了一些改進(jìn)的算法。
　　本文首先闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、結(jié)構(gòu)、特點，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)進(jìn)行了分析。然后介紹了適合三維環(huán)境的定位算法。并對Cricket3D定位系統(tǒng)的原理和軟硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的介紹。根據(jù)Cricket節(jié)點的特點，對信標(biāo)節(jié)點的布置方式進(jìn)行了研究，最后布置了三維定位系統(tǒng)。
　　然后分析信標(biāo)節(jié)點位置估計的線性自定位算法的應(yīng)用環(huán)境與特點，并

3、提出一種基于加權(quán)最小二乘改進(jìn)的線性自定位算法，繼承了線性自定位不依靠被測節(jié)點的位置坐標(biāo)，只需要增加一定測量次數(shù)，就可以獲得信標(biāo)節(jié)點間的相對位置坐標(biāo)的特點。并依據(jù)不同的幾何分布對誤差傳遞影響的不同提出了加權(quán)最小二乘估計，進(jìn)一步提升了估計精度，并進(jìn)行了仿真實驗對提出算法性能進(jìn)行了分析。
　　其次研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維定位系統(tǒng)中信標(biāo)節(jié)點的位置坐標(biāo)優(yōu)化的問題。首先對移動機器人和定位系統(tǒng)進(jìn)行建模，提出了提高機器人定位精度的系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)

4、測方程，實現(xiàn)了信標(biāo)節(jié)點的位置校準(zhǔn)優(yōu)化。然后對比分析了EKF,HF,STF幾種濾波算法性能，HF對于系統(tǒng)模型的不確定性有更好的適應(yīng)能力，STF在系統(tǒng)存在較大誤差擾動的情況下，對真實狀態(tài)有著更好的跟蹤特性，并通過仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證。
　　最后分析了基于Cricket定位系統(tǒng)的三維定位算法的特點，提出了三個信標(biāo)節(jié)點進(jìn)行三維定位的問題，并研究了它的兩種解決算法:高斯牛頓迭代法和基于Cayley-Menger行列式的定位算法。高斯牛頓迭代法