基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線層析成像定位技術(shù)的研究.pdf

1、近年來(lái)，室內(nèi)定位技術(shù)成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，被廣泛應(yīng)用于智能家居，物流，醫(yī)療監(jiān)護(hù)，緊急救災(zāi)等領(lǐng)域。其中，許多定位系統(tǒng)需要目標(biāo)攜帶電子標(biāo)簽積極參與定位，并不斷地向定位系統(tǒng)報(bào)告自己的位置信息來(lái)完成最終的定位任務(wù)。這使得此類(lèi)定位系統(tǒng)不適用于緊急部署定位（火場(chǎng)救災(zāi)）或者目標(biāo)不愿意配合定位的情形中（恐怖襲擊中定位恐怖分子）。無(wú)線層析成像定位技術(shù)是一種無(wú)需目標(biāo)攜帶任何電子標(biāo)簽即可對(duì)目標(biāo)定位的無(wú)源被動(dòng)定位技術(shù)，該技術(shù)利用目標(biāo)引起的無(wú)線射

2、頻信號(hào)接收信道強(qiáng)度的變化定位目標(biāo)。但現(xiàn)有無(wú)線層析成像定位系統(tǒng)在WiFi及多徑干擾的室內(nèi)環(huán)境定位時(shí)，面臨定位精度惡化問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作并未有效解決此問(wèn)題。
　　本文以解決室內(nèi)定位環(huán)境中WiFi及多徑干擾造成的定位精度惡化為研究背景，通過(guò)雙頻段無(wú)線層析成像數(shù)據(jù)融合算法，及基于2.4GHz的多信道動(dòng)態(tài)權(quán)重模型算法提高WiFi干擾環(huán)境下定位精度?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明本文提出的定位算法不僅可行有效，而且優(yōu)于目前國(guó)內(nèi)外此方面的研究工作。

3、r>　　論文完成的主要工作如下：
　?。?）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的方法指明了，2.4 GHz頻段無(wú)線層析成像定位技術(shù)在WiFi干擾環(huán)境下，定位精度惡化的根本原因在于無(wú)線通信鏈路丟包率的增加，而非WiFi干擾引起的接收信號(hào)強(qiáng)度值（RSS：Received Signal Strength）強(qiáng)度值的改變。在此基礎(chǔ)之上提出使用2.4GHz頻段的丟包率來(lái)標(biāo)識(shí)WiFi干擾強(qiáng)度。
　　（2）提出了一種雙頻段數(shù)據(jù)融合的無(wú)線層析成像定位算法：該算法的

4、核心是充分利用2.4GHz頻段及433MHz頻段的優(yōu)勢(shì)（2.4GHz頻段對(duì)目標(biāo)的遮擋更敏感，433MHz頻段不受WiFi干擾影響），以及雙頻段測(cè)量信息的冗余，即使在較強(qiáng)WiFi干擾環(huán)境中，仍能獲得目標(biāo)精確位置的無(wú)線層析成像矩陣。該算法首先從433MHz頻段及2.4 GHz頻段分別獲得各自的無(wú)線層析成像矩陣；其次根據(jù)環(huán)境中WiFi干擾強(qiáng)度，確定433MHz及2.4GHz圖像的權(quán)重值，進(jìn)而通過(guò)本文提出的雙頻段圖像融合算法得到一個(gè)更能精確獲知

5、目標(biāo)位置的無(wú)線層析成像矩陣。本定位算法可提高無(wú)線層析成像定位技術(shù)在嚴(yán)重WiFi干擾環(huán)境下的定位精度，同時(shí)因融合了雙頻段測(cè)量的冗余信息，使得無(wú)WiFi干擾環(huán)境下的定位精度亦得到提升。
　　（3）提出了基于時(shí)間戳的雙頻段數(shù)據(jù)時(shí)間同步協(xié)議：雙頻段無(wú)線層析成像定位技術(shù)在定位過(guò)程中，2.4 GHz傳感器節(jié)點(diǎn)及433MHz的傳感器節(jié)點(diǎn)，分別周期性地測(cè)試各自所有通信鏈路的接收信號(hào)強(qiáng)度，并產(chǎn)生各自通信鏈路的層析成像。為了保證2.4 GHz頻段與4

6、33MHz頻段的層析成像對(duì)應(yīng)相同的目標(biāo)位置，這兩個(gè)測(cè)量頻段的所產(chǎn)生的無(wú)線層析成像需保持時(shí)間同步。若不能保證2.4 GHz頻段與433MHz頻段RTI的時(shí)間同步，當(dāng)目標(biāo)以很快的速度移動(dòng)時(shí)，雙頻段無(wú)線層析成像定位技術(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的定位誤差。假定這兩個(gè)頻段針對(duì)相同目標(biāo)位置，產(chǎn)生的RTI的時(shí)間差為t，目標(biāo)移動(dòng)的速度為v，則兩幅RTI的位置偏移為v*t，若直接用此結(jié)果進(jìn)行融合，則會(huì)導(dǎo)致定位系統(tǒng)產(chǎn)生很大定位誤差，基于時(shí)間戳的雙頻段數(shù)據(jù)同步協(xié)議可有效解

7、決此問(wèn)題。
　　（4）為了解決室內(nèi)定位環(huán)境中多徑及WiFi干擾造成的RTI定位精度惡化問(wèn)題，提出一種多信道動(dòng)態(tài)權(quán)重?zé)o線層析成像定位算法。首先，該算法提出使用信道衰減尺度作為通信鏈路選擇最優(yōu)測(cè)量信道的評(píng)判機(jī)制，同時(shí)提出了一種信道衰減尺度的簡(jiǎn)易計(jì)算方法，在此基礎(chǔ)之上提出了通信鏈路各測(cè)量信道丟包率及測(cè)量信道衰減尺度的聯(lián)合動(dòng)態(tài)權(quán)重模型，并利用該動(dòng)態(tài)權(quán)重模型計(jì)算所有通信鏈路RSS的衰減變化；其次，根據(jù)通信鏈路的衰減變化估算出無(wú)線層析成像圖像