基于CSS技术的实时定位系统设计与实现

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科技快速进步和发展的今天,节点位置信息在网络技术应用中有着不可替代的作用。目前,全球卫星定位系统比较成功解决了室外定位问题,给人们生活带来了巨大便利,但在无法接收到GPS信号的应用场景下,无线定位的研究是传感器网络领域的热点课题。本论文针对GPS系统无法应用的场景,设计并实现了基于CSS技术的高精度无线实时定位系统。论文分析定位需求并设计系统架构,继而搭建无线实时定位系统。在此基础上,研究抑制非视距传播的数据滤波算法及定位算法,且在室内外测试系统功能和性能。具体内容如下:(1)定位系统需求分析及架构设计。首先对国内外目前无线定位技术和定位方法介绍并比较,本文选择CSS技术结合双边双向测距算法的TOA定位方法来实现无线定位系统。(2)无线实时定位系统的实现。完成了基于NanoPAN5375模块和Atmel嵌入式微控制器ATmega1284p的节点硬件设计与电路调试。锚节点与标签间实现SDS-TWR测距算法。在定位系统平台中实现了TDM调度与多点测距,并完成了数据提取、协议解析、数据滤波和定位算法等核心模块。(3)抑制非视距传播对无线定位系统的影响。在改善测距误差方面:实现SDS-TWR测距算法并利用曲线拟合矫正原始测量数据,减小测量偶然误差,利用提出的改进卡尔曼滤波算法平滑测距数据,减少测距数据抖动从而减弱NLOS误差;在定位算法方面,利用加权最小二乘法与Min-Max结合的定位算法,同时使用残差加权算法,进一步滤除非视距传播误差以及定位估计误差。(4)定位系统的功能和性能测试。在室内外两个典型的应用场景下对定位系统测试,经验证,系统具备对多标签的区域定位、一维定位、二维定位和跟踪功能,且室内外定位精度可以达到lm左右。
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