本文關鍵詞：面向四旋翼飛行器的室內(nèi)定位系統(tǒng)

  更多相關文章： 室內(nèi)定位 四旋翼飛行器 RSS指紋分布 智能無線路由器 路徑修正 四維RSS插值

【摘要】：隨著遠程遙控和自動控制技術的高速發(fā)展,無人飛行器在軍用和民用領域均展現(xiàn)出了極大的潛力。同時,其應用范圍的迅速拓展也對無人飛行器的定位技術提出了新的要求。在室內(nèi)定位領域中,因為GPS定位準確率明顯下降,如何定位無人飛行器仍然是一個挑戰(zhàn)性的問題。先前的工作多是基于圖像或超聲波定位技術,但是仍存在成本高、能量消耗大等缺點。因此,在本文中,我們致力于在四旋翼無人飛行器上實現(xiàn)基于WiFi-RSS(Received Signal Strength)指紋分布的室內(nèi)定位方法。該方法的主要特點是除已經(jīng)廣泛安裝的無線路由器以外,不需要安裝額外的定位設備,因而系統(tǒng)建立成本低,能量消耗小。但是,現(xiàn)存的基于WiFi-RSS指紋的室內(nèi)定位系統(tǒng)并不能直接被應用于定位四旋翼飛行器,因為實際應用中部分不穩(wěn)定的無線路由器會造成定位錯誤,且飛行器的高速飛行也會造成定位誤差的顯著增大。為此,我們針對四旋翼飛行器的靜態(tài)、動態(tài)兩種不同的飛行狀態(tài),設計了兩種定位方法,即面向靜態(tài)四旋翼飛行器的定位方法,以及面向動態(tài)四旋翼飛行器的定位方法,并分別構建實現(xiàn)了基于這兩種方法的子系統(tǒng)。在面向靜態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)中,我們提出使用具有兩種天線輻射模式的智能無線路由器進行定位。該無線路由器能夠通過切換其天線的工作模式,在室內(nèi)產(chǎn)生兩種不同的RSS分布狀態(tài)�；谠撎攸c,一臺智能無線路由器能夠起到傳統(tǒng)定位系統(tǒng)中兩臺無線路由器的作用,從而能夠在保證定位精度不變的前提下,有效地減少無線路由器的使用需求量。為了實現(xiàn)本系統(tǒng),我們設計了1)一套同步定位機制,以管理智能無線路由器的模式轉(zhuǎn)換以及飛行器進行RSS測量間的同步關系。2)同步定位機制中的一種自適應參數(shù)調(diào)整方法,適應無線網(wǎng)絡的不穩(wěn)定性以及飛行器測量設備的差異性。實驗結(jié)果表明本子系統(tǒng)能夠在保證定位精度不變的同時,將所需的無線路由器的數(shù)量減少一半。在面向動態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)中,我們提出可以利用歷史定位數(shù)據(jù)以修正四旋翼飛行器的飛行路徑,從而提高定位精度。同時,四旋翼飛行器在飛行過程中可以使用傳感器輔助測量飛行數(shù)據(jù),協(xié)助定位過程。此外,我們還針對三維定位系統(tǒng)訓練階段工作量大的特點,采用了基于插值的算法,減少了RSS數(shù)據(jù)采樣密度。為了實現(xiàn)本系統(tǒng),我們1)提出了包括路徑修正、路徑擬合以及位置預測在內(nèi)的一系列算法,以減少高速飛行造成的負面影響。2)提出了四維RSS插值算法,減少了RSS訓練數(shù)據(jù)采集的工作量,同時考慮了RSS數(shù)據(jù)的概率分布特性。實驗證明相對于一般定位系統(tǒng),本子系統(tǒng)能夠?qū)⑵骄ㄎ徽`差減少50%以上,RSS指紋訓練數(shù)據(jù)的采集工作量減少了80%以上。
【關鍵詞】：室內(nèi)定位 四旋翼飛行器 RSS指紋分布 智能無線路由器 路徑修正 四維RSS插值
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN967.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 緒論17-25
• 1.1 研究背景和意義17-18
• 1.2 需要解決的問題18-20
• 1.2.1 無線路由器的可靠性問題18-19
• 1.2.2 高速運動中的定位精度下降問題19
• 1.2.3 RSS指紋采集工作量問題19-20
• 1.3 本文研究內(nèi)容20-23
• 1.3.1 面向靜態(tài)四旋翼飛行器的定位方法20-22
• 1.3.2 面向動態(tài)四旋翼飛行器的定位方法22-23
• 1.4 本文章節(jié)安排23-25
• 第二章 室內(nèi)定位概述及相關工作25-33
• 2.1 常見室內(nèi)定位方法及其原理25-30
• 2.1.1 基本定位原理和算法25-28
• 2.1.2 常見定位手段28-30
• 2.2 相關工作30-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 第三章 系統(tǒng)概覽33-37
• 3.1 系統(tǒng)功能總述33-34
• 3.2 系統(tǒng)結(jié)構總述34-35
• 3.2.1 面向靜態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)34-35
• 3.2.2 面向動態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)35
• 3.3 系統(tǒng)性能總述35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 面向靜態(tài)四旋翼飛行器的定位37-59
• 4.1 引言37-38
• 4.2 子系統(tǒng)結(jié)構38-40
• 4.2.1 子系統(tǒng)概覽38-39
• 4.2.2 定位服務器結(jié)構39
• 4.2.3 智能無線路由器結(jié)構39-40
• 4.2.4 飛行器客戶端結(jié)構40
• 4.3 定位過程40-45
• 4.3.1 基本定位過程40
• 4.3.2 同步定位機制40-44
• 4.3.3 Tc的自適應調(diào)整44-45
• 4.4 定位算法45-49
• 4.4.1 理論基礎46-47
• 4.4.2 離線訓練階段的數(shù)據(jù)處理47-48
• 4.4.3 在線定位階段的定位算法48-49
• 4.5 實現(xiàn)細節(jié)49-50
• 4.5.1 雙工作模式天線49
• 4.5.2 可擴展性49-50
• 4.6 測量與驗證50-58
• 4.6.1 單智能無線路由器生成指紋圖的差異化比較50-51
• 4.6.2 基于智能路由器和基于普通路由器的定位效果比較51-54
• 4.6.3 普通用戶傳輸穩(wěn)定性測試54-55
• 4.6.4 Tc自適應調(diào)整方法的仿真55-57
• 4.6.5 測量結(jié)果評價57-58
• 4.7 本章小結(jié)58-59
• 第五章 面向動態(tài)四旋翼飛行器的定位59-83
• 5.1 引言59
• 5.2 子系統(tǒng)結(jié)構59-61
• 5.2.1 飛行器客戶端結(jié)構60-61
• 5.2.2 定位服務器結(jié)構61
• 5.3 定位過程61-66
• 5.3.1 離線訓練階段61
• 5.3.2 在線定位階段61-62
• 5.3.3 轉(zhuǎn)彎探知62-65
• 5.3.4 定位算法結(jié)構65-66
• 5.4 預定位算法66-69
• 5.4.1 理論基礎66-67
• 5.4.2 離線階段中的四維RSS插值算法67-68
• 5.4.3 在線階段的預定位方法68-69
• 5.5 路徑修正算法69-73
• 5.5.1 基本運動模型和預定位噪聲模型69-70
• 5.5.2 路徑估計方法70-71
• 5.5.3 轉(zhuǎn)彎過程中的參數(shù)重調(diào)整71-72
• 5.5.4 路徑擬合方法72
• 5.5.5 位置預測方法72-73
• 5.6 測量與驗證73-81
• 5.6.1 四維RSS插值算法驗證73-75
• 5.6.2 定位算法的驗證75-77
• 5.6.3 轉(zhuǎn)彎過程中的參數(shù)重調(diào)整效果檢測77-78
• 5.6.4 不同飛行速度下的系統(tǒng)性能測試78-80
• 5.6.5 電量損耗測試80
• 5.6.6 測量結(jié)果評價80-81
• 5.7 本章小結(jié)81-83
• 第六章 全文總結(jié)83-87
• 6.1 全文工作總結(jié)83-85
• 6.1.1 面向靜態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)83-84
• 6.1.2 面向動態(tài)四旋翼飛行器的子定位系統(tǒng)84-85
• 6.2 研究展望85-87
• 參考文獻87-93
• 致謝93-94
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄94-96
• 攻讀學位期間參與的項目96

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