基于WSN的機(jī)器人高精度室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng).pdf

1、定位跟蹤作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題之一，引起研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。移動機(jī)器人具有和環(huán)境主動交互的功能，在許多場合能夠替代人類自動執(zhí)行某些日常性與危險性任務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器人結(jié)合的研究，尤其是基于WSN的機(jī)器人定位跟蹤技術(shù)的研究，已成為近年來研究的熱點領(lǐng)域。本文針對移動機(jī)器人在室內(nèi)高精度定位的實際需求，依托無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計開發(fā)了性能優(yōu)越的高精度室內(nèi)定位跟蹤系統(tǒng)。
　　針對被動式TDOA室內(nèi)定位系統(tǒng)對移動目標(biāo)定位效果較差的缺陷，

2、本文設(shè)計了一種主動式架構(gòu)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由目標(biāo)節(jié)點、信標(biāo)節(jié)點、匯聚節(jié)點和位置計算裝置組成，系統(tǒng)利用目標(biāo)節(jié)點發(fā)送的射頻信號和超聲波信號的到達(dá)時間差進(jìn)行距離測量，然后利用極大似然估計算法對目標(biāo)節(jié)點進(jìn)行位置估算。針對信標(biāo)節(jié)點在短時間內(nèi)向匯聚節(jié)點的大量數(shù)據(jù)傳輸問題，設(shè)計了一種基于信標(biāo)節(jié)點編號的分時數(shù)據(jù)傳輸方法，相比基于掃頻式的多點傳輸方式具有更高的可靠性，系統(tǒng)節(jié)點之間協(xié)作精度達(dá)到毫秒級。通過對系統(tǒng)的測距誤差進(jìn)行分析和校正，能夠?qū)崿F(xiàn)1cm的

3、測距精度?；?NET平臺開發(fā)了定位演示軟件，實現(xiàn)了目標(biāo)節(jié)點位置估算和實時顯示。
　　本文還設(shè)計了在上述定位系統(tǒng)下工作的移動機(jī)器人系統(tǒng)。移動機(jī)器人采用ARM處理器，移植了μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)對機(jī)器人各項功能進(jìn)行管理，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行?；赯igBee的無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)與定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，解決無線信號難以在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境下的實時傳輸問題。基于.NET平臺設(shè)計了PC端機(jī)器人監(jiān)控軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人運動控制和位置跟蹤監(jiān)測。

4、r>　　關(guān)于信標(biāo)節(jié)點的部署問題，通過仿真實驗獲得了正方形和正六邊形的最優(yōu)部署方式，并且設(shè)計了基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署策略。在理論算法方面，采用卡爾曼濾波算法實現(xiàn)了對移動機(jī)器人目標(biāo)的高精度跟蹤，能夠有效抑制超聲波反射衍射造成的干擾。
　　本文設(shè)計定位跟蹤系統(tǒng)體積小巧、抗干擾能力強(qiáng)，具有功耗低、計算量小等特點。大量的實際測試表明:系統(tǒng)定位誤差小于5cm，定位頻率可達(dá)20Hz，在多個性能指標(biāo)上優(yōu)于國內(nèi)外類似系統(tǒng)，適用于移動機(jī)器人