本文選題：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) + 三維定位　； 參考：《東北大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：節(jié)點(diǎn)定位是無(wú)線(xiàn)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(guò)渡到三維空間。實(shí)際定位應(yīng)用中,二維平面定位系統(tǒng)一般不能滿(mǎn)足要求,必須擴(kuò)展到三維空間中,其中的重點(diǎn)研究方向?yàn)槭覂?nèi)三維空間的定位。在部署室內(nèi)三維定位系統(tǒng)的過(guò)程中,往往也會(huì)遇到一些問(wèn)題,如信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的自定位問(wèn)題,解決問(wèn)題的算法具有很強(qiáng)的實(shí)用性。三維空間有其獨(dú)有的特點(diǎn),算法將會(huì)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,本文主要研究三維定位系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間相對(duì)位置關(guān)系的特點(diǎn),并基于其特點(diǎn)提出了一些改進(jìn)的算法。本文首先闡述了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本概念、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn),對(duì)無(wú)線(xiàn)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(duì)Cricket 3D定位系統(tǒng)的原理和軟硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。根據(jù)Cricket節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn),對(duì)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)位置估計(jì)的線(xiàn)性自定位算法的應(yīng)用環(huán)境與特點(diǎn),并提出一種基于加權(quán)最小二乘改進(jìn)的線(xiàn)性自定位算法,繼承了線(xiàn)性自定位不依靠被測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo),只需要增加一定測(cè)量次數(shù),就可以獲得信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置坐標(biāo)的特點(diǎn)。并依據(jù)不同的幾何分布對(duì)誤差傳遞影響的不同提出了加權(quán)最小二乘估計(jì),進(jìn)一步提升了估計(jì)精度,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)提出算法性能進(jìn)行了分析。其次研究了基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維定位系統(tǒng)中信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)優(yōu)化的問(wèn)題。首先對(duì)移動(dòng)機(jī)器人和定位系統(tǒng)進(jìn)行建模,提出了提高機(jī)器人定位精度的系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)測(cè)方程,實(shí)現(xiàn)了信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置校準(zhǔn)優(yōu)化。然后對(duì)比分析了EKF, HF, STF幾種濾波算法性能,HF對(duì)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(dòng)的情況下,對(duì)真實(shí)狀態(tài)有著更好的跟蹤特性,并通過(guò)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。最后分析了基于Cricket定位系統(tǒng)的三維定位算法的特點(diǎn),提出了三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維定位的問(wèn)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。高斯牛頓迭代法精度高,效率低；基于Cayley-Menger行列式的定位算法精度低,效率高。然后在三維定位系統(tǒng)中引入了GDOP概念,并進(jìn)一步提出了更適合本系統(tǒng)的easy-GDOP概念,并分析了二者在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)選擇上的應(yīng)用。之后研究了GDOP和easy-GDOP值做加權(quán)數(shù)據(jù)融合各自的精度和特點(diǎn),easy-GDOP加權(quán)數(shù)據(jù)融合有著更高的計(jì)算效率。
[Abstract]:Node location is the key technology and application basis of wireless sensor networks, and the localization technology has been gradually transferred from two-dimensional space to three-dimensional space. In practical positioning applications, two-dimensional planar positioning system can not meet the requirements, and must be extended to three-dimensional space, in which the focus of research is indoor three-dimensional space positioning. In the process of deploying indoor 3D positioning system, some problems are often encountered, such as the self-localization of beacon nodes, and the algorithm to solve the problem is very practical. Three-dimensional space has its unique characteristics, the algorithm will be more complex than two-dimensional plane positioning, the algorithm is more suitable for three-dimensional space still has a huge space for development, it is worth to study and explore. Therefore, this paper mainly studies the characteristics of the relative position relationship between nodes in 3D positioning system, and puts forward some improved algorithms based on its characteristics. In this paper, the basic concept, structure and characteristics of wireless sensor network (WSN) are introduced, and the location technology of WSN is analyzed. Then the location algorithm suitable for three-dimensional environment is introduced. The principle, hardware and software structure of Cricket 3D positioning system are briefly introduced. According to the characteristics of Cricket nodes, the layout of beacon nodes is studied. Finally, a three-dimensional positioning system is arranged. Then, the application environment and characteristics of the linear self-location algorithm for beacon node location estimation are analyzed, and an improved linear self-location algorithm based on weighted least squares is proposed, which inherits the position coordinates of the node that is not dependent on the measured node. The characteristics of relative position coordinates between beacon nodes can be obtained by adding a certain number of measurements. The weighted least square estimation is proposed according to the influence of different geometric distribution on error transfer. The estimation accuracy is further improved and the performance of the proposed algorithm is analyzed by simulation experiments. Secondly, the optimization of position coordinates of CITIC nodes in three-dimensional positioning system based on wireless sensor network is studied. Firstly, the mobile robot and the positioning system are modeled, and the system state prediction equation is proposed to improve the positioning accuracy of the robot, and the position calibration optimization of the beacon node is realized. Then, the performance of several filtering algorithms is compared and analyzed. The EKF, HF, STF has better adaptability to the uncertainty of the system model, and it has better tracking performance to the real state when the system has large error disturbance. It is verified by simulation data. Finally, the characteristics of 3D localization algorithm based on Cricket positioning system are analyzed, and the problem of three beacon nodes for 3D localization is put forward, and its two algorithms: Gao Si Newton iterative method and Cayley-Menger determinant based localization algorithm are studied. Gao Si Newton iteration method has high accuracy and low efficiency, and the location algorithm based on Cayley-Menger determinant has low accuracy and high efficiency. Then the concept of GDOP is introduced into the 3D positioning system, and the concept of easy-GDOP, which is more suitable for the system, is put forward, and the application of the two in the selection of beacon nodes is analyzed. Then, the accuracy and characteristics of weighted data fusion of GDOP and easy-GDOP are studied. The easy-GDOP weighted data fusion has higher computational efficiency.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TP212.9

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本文編號(hào)：1913798