【摘要】：近年來(lái),伴隨著室外定位系統(tǒng)的逐漸完善和日趨成熟,室內(nèi)定位系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r顯得有些落后,但是需求量卻在與日俱增,比如在大型的商場(chǎng)、多分室的地下停車(chē)場(chǎng)等多種環(huán)境下,人們更加趨于得到相應(yīng)場(chǎng)所的位置信息和目標(biāo)點(diǎn)的導(dǎo)航信息,因此,研發(fā)一種高精度、低成本的定位和導(dǎo)航裝置是十分必要的。本文針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)中,需要采用射頻進(jìn)行通訊、至少需要三個(gè)基站才能實(shí)現(xiàn)定位以及算法較復(fù)雜等不足進(jìn)行了一定的改進(jìn),在超聲波測(cè)距的基礎(chǔ)上,更多的致力于基于超聲波本身的通信以及對(duì)算法的簡(jiǎn)化和基站的優(yōu)化等方面的研究。本文首先對(duì)室外室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入分析,找到室內(nèi)定位裝置雖然需求量大但是產(chǎn)品轉(zhuǎn)化能力低的原因,根據(jù)主要矛盾進(jìn)行裝置的整體研發(fā)和設(shè)計(jì),定位算法主要通過(guò)對(duì)非接觸式三邊定位算法進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí),即采用兩邊定位算法,在不影響精度的情況下減少算法的復(fù)雜度和執(zhí)行時(shí)間,以?xún)?yōu)化整個(gè)裝置的運(yùn)行。而后對(duì)超聲波通信進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,除了實(shí)現(xiàn)超聲波的測(cè)距功能,通過(guò)擴(kuò)頻、編碼、調(diào)制解調(diào)等設(shè)計(jì)將通信功能亦加載到超聲波當(dāng)中,不占用其他無(wú)線電頻帶資源,同時(shí)極大的降低了裝置的執(zhí)行成本,提高了裝置的可轉(zhuǎn)化性。在基站的設(shè)置中首次采用十字點(diǎn)狀激光發(fā)射器在裝置初始化過(guò)程中確定參考原點(diǎn)并幫助矯正整個(gè)裝置,同時(shí)能夠通過(guò)兩個(gè)基站實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航,而傳統(tǒng)的定位裝置中,基站或節(jié)點(diǎn)數(shù)至少需要三個(gè),節(jié)省了成本、提高了精度。最后,確定了硬件設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)后,通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際的方式,基于STM32F407ZGT6的微控制器搭建超聲波定位導(dǎo)航裝置,并對(duì)裝置的各項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試,定位和導(dǎo)航誤差可控制在5cm的范圍內(nèi),且誤差的絕對(duì)值大多集中在1.6-3.8cm的區(qū)域內(nèi),在對(duì)誤差的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析后提出了進(jìn)一步減小誤差的改進(jìn)方式,總體上裝置功能較為完善,精度較高。
[Abstract]:In recent years, with the gradual improvement and maturity of outdoor positioning system, the development of indoor positioning system appears to be a bit backward, but the demand is increasing, such as in large shopping malls. People tend to get the location information and the navigation information of the target point in the multi-compartment underground parking lot and so on. Therefore, it is necessary to develop a kind of positioning and navigation device with high precision and low cost. In this paper, the existing system needs to use radio frequency communication, at least three base stations are needed to achieve positioning, and the algorithm is more complex and so on. More research is devoted to the communication based on ultrasonic itself, the simplification of algorithm and the optimization of base station. In this paper, the research status of outdoor indoor positioning system is analyzed in depth, and the reasons for the low conversion capacity of indoor positioning device are found, according to the main contradiction, the overall development and design of the device are carried out. The localization algorithm mainly optimizes and upgrades the contactless triangulation algorithm, that is, the two-side localization algorithm is adopted to reduce the complexity and execution time of the algorithm without affecting the precision, so as to optimize the operation of the whole device. Then the ultrasonic communication is described in detail. In addition to realizing the ultrasonic ranging function, the communication function is also loaded into the ultrasonic wave by the design of spread spectrum, coding, modulation and demodulation, which does not occupy other radio frequency band resources. At the same time, the execution cost of the device is greatly reduced, and the transmutability of the device is improved. In the installation of base station, the cross spot laser transmitter is used for the first time to determine the reference origin during the device initialization and to help correct the whole device. At the same time, it can be used to locate and navigate through two base stations, while in the traditional positioning device, Base station or node points need at least three, cost savings, improve the accuracy. Finally, after the hardware design and software platform are determined, the ultrasonic positioning and navigation device based on STM32F407ZGT6 microcontroller is built through the combination of theory and practice, and the functions of the device are tested. The positioning and navigation error can be controlled within the range of 5cm, and the absolute value of the error is mostly concentrated in the area of 1.6-3.8cm. After analyzing the causes of the error, an improved way to further reduce the error is put forward, and the function of the device is relatively perfect. High accuracy.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB559

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1 本報(bào)記者 馬靜t，

本文編號(hào)：2131733