發(fā)布時間：2021-10-13 12:20

　　為了保證在大型倉庫中自動導(dǎo)引車（AGV,Automated Guided Vehicle）能有效面對環(huán)境復(fù)雜變化的倉儲物流,其中最重要的就是獲得實時可靠的位置信息。超寬帶（Ultra-Wideband,UWB）室內(nèi)定位技術(shù)憑借其抗干擾性強、高精度、低功耗等特點,廣泛應(yīng)用于大型作業(yè)場景下的AGV定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。然而,由于工廠、倉庫等復(fù)雜物理和結(jié)構(gòu)特性以及墻壁,障礙物導(dǎo)致的多徑效應(yīng)以及非視距（Non-Line of Sight,NLOS）傳播,而對復(fù)雜環(huán)境下可靠的UWB定位提出了特殊的挑戰(zhàn)。為了保證AGV將貨物安全、快速且精確地運送至目標位置,本文提出了一種低成本、低功耗且抗干擾性強的高精度室內(nèi)定位與跟蹤算法:（1）針對靜態(tài)目標定位,給出基于群智能算法的Chan-Taylor定位算法。首先,依據(jù)蝙蝠算法（Bat Algorithm,BA）建立迭代尋優(yōu)模型,將求解目標位置的問題轉(zhuǎn)化成求解估計位置與實際位置差的最小值問題,提出隨機擾動因子,旨在提高蝙蝠個體的搜索能力;針對蝙蝠算法容易陷入局部最優(yōu)的問題,融合模擬退火算法（Simulate Anneal,SA）,提高算法的全局搜索能力以獲得目標的... 

【文章來源】：長春理工大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

工廠AGVAGV

第1章緒論3(a)(b)(c)圖1.2NLOS傳播與多徑效應(yīng)(a)LOS傳播(b)NLOS傳播(c)多徑效應(yīng)因此，研究AGV定位與跟蹤技術(shù)，尤其是LOS/NLOS環(huán)境下的定位技術(shù)具有很高的研究價值與應(yīng)用前景[13]。本文研究的目的是通過研究UWB信號特點、NLOS傳播特點、測距方式及定位算法，旨在復(fù)雜室內(nèi)或工廠環(huán)境下存在的多徑效應(yīng)、NLOS及信號穿透減弱等多種環(huán)境因素的LOS/NLOS環(huán)境下，實現(xiàn)對AGV的運動狀態(tài)及位置的定位與跟蹤。同樣的，只有對AGV進行精確實時的定位，才能根據(jù)車輛當前位置與目標位置規(guī)劃出可行的目標路徑，才能對車輛的位置進行路徑修正。同時在運動過程中對AGV進行實時、精確的位置感知才能完成路徑的跟蹤，確保AGV不會“迷航”并順利安全將貨物送到最終目標點。所以，如何對AGV進行準確定位是提高AGV及工廠智能化水平的關(guān)鍵[14]。具體有助于以下幾個方面得到廣泛應(yīng)用：1)導(dǎo)航避障方面，可對多類用戶提供導(dǎo)航、避障及規(guī)劃服務(wù)：在室內(nèi)環(huán)境下，或室內(nèi)環(huán)境，為弱勢群體提供出行保障，以及在井下或煤礦等無照明環(huán)境下為正常人行走提供保障；2)商業(yè)應(yīng)用方面，為消費者尋找商場和超市內(nèi)物品的位置、數(shù)量和折扣等情況，這不僅可方便消費者的日常生活，還可以方便商場工作人員有效管理與分配商場物品，尤其是貴重物品及奢侈品，大大的減小了商場盜竊的風險；3)導(dǎo)航服務(wù)方面，適用于在各種在大型辦公樓內(nèi)工作的人員，例如機場，類似于方便人員在室內(nèi)導(dǎo)航功能的導(dǎo)航服務(wù)機器人。4)人員搜救方面，可以在火災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生的、復(fù)雜多變的環(huán)境下，為搜救人員提供自身與傷員的位置情況，而對于傷員，可在已知自身位置的情況下采取一定的自救措施。因此，針對室內(nèi)定位與目標跟蹤技術(shù)，尤其是混合LOS/NLOS環(huán)境下，研究一種成本低、低功耗的高精度的室內(nèi)定位

第2章UWB定位與目標跟蹤相關(guān)理論10第2章UWB定位與目標跟蹤相關(guān)理論本章首先詳細分析與介紹TOA、TDOA、AOA和RSSI四種測距方法的數(shù)學(xué)模型，并給出相應(yīng)的推導(dǎo)公式和原理圖，并據(jù)此挑選出本文采用的測距方法；其次對傳統(tǒng)定位算法進行研究，詳細研究LS算法、Chan算法和Taylor算法；接下來詳細介紹PSO、BA、SA智能算法的基本原理及系統(tǒng)模型；簡要闡述幾種評價定位算法性能指標；最后詳細介紹目標跟蹤的基本原理。2.1無線定位基本方法超寬帶技術(shù)不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，具有傳輸速率高、成本低、多徑分辨能力強和定位精度高等優(yōu)點，可用于室內(nèi)場景下精確定位和導(dǎo)航的各個領(lǐng)域，例如機器人運動跟蹤、礦井人員定位、貴重物品倉儲、汽車地庫停車等人和物品的精確定位與跟蹤。AGV位置估計采用：根據(jù)標簽到基站的到達時間(TOA)測量值建立圓周方程；到達時間差(TDOA)建立相應(yīng)雙曲線方程；到達角度(AOA)建立相應(yīng)的方位線方程；根據(jù)信號強度(RSSI)，進行標簽位置的估計。下面將具體分析TOA、TDOA、AOA和RSSI的測距原理與數(shù)學(xué)模型。2.1.1TOA模型TOA測距[58]的原理是根據(jù)標簽到基站的到達時間測量值建立圓周方程。假設(shè)固定的基站位置坐標為,iiBSxy，標簽MSx,y到各個基站的距離為r，以r為半徑，基站坐標為圓心作圓，基站所作圓的焦點就是標簽的位置，即為位置坐標。測距原理如圖2.1所示。圖2.1TOA定位原理圖由圖2.1可得以下（2-1）方程組：

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于IPSO-SA算法的溫室番茄產(chǎn)量預(yù)測方法[J]. 張立彬,應(yīng)建陽,陳教料.  浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2019(05)
[2]Anchor Self-Localization Algorithm Based on UWB Ranging and Inertial Measurements[J]. Qin Shi,Sihao Zhao,Xiaowei Cui,Mingquan Lu,Mengdi Jia.  Tsinghua Science and Technology. 2019(06)
[3]基于CHAN與粒子群算法的協(xié)同定位研究[J]. 江鳳,吳飛,王昌志.  電子科技. 2017(08)
[4]基于TDOA的Chan算法和Taylor算法的分析與比較[J]. 趙宏旭,楊文帥.  電子世界. 2017(09)
[5]淺談超寬帶技術(shù)在未來的應(yīng)用[J]. 謝曉峰.  生物技術(shù)世界. 2014(10)
[6]單基站UWB定位距離的獲得及處理方法[J]. 安寶強,張浩,崔學(xué)榮.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2014(07)
[7]基于單基站天線陣列的超寬帶定位AOA估計方法[J]. 張浩,劉興,Gulliver T A,崔學(xué)榮.  電子與信息學(xué)報. 2013(08)
[8]基于TOA和DOA聯(lián)合估計的UWB定位方法[J]. 丁銳,錢志鴻,王雪.  電子與信息學(xué)報. 2010(02)
[9]適用于NLOS環(huán)境的UWB定位方案研究[J]. 肖竹,于全,易克初,王勇超.  通信學(xué)報. 2008(04)

碩士論文
[1]超寬帶室內(nèi)定位技術(shù)研究[D]. 宋洋.西安科技大學(xué) 2019
[2]基于UWB的AGV定位系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 郭耀陽.山東大學(xué) 2017
[3]UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 嵇茂祥.華東師范大學(xué) 2017
[4]巡檢機器人UWB無線定位算法和導(dǎo)航控制系統(tǒng)的研究[D]. 曾健.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[5]卡爾曼濾波在GPS定位中的研究與實現(xiàn)[D]. 趙奇.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3434652