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无线传感网络中基于APIT的三维定位及求精方法

作　者: 张海利
导　师: 刘琳岚
学　校: 南昌航空大学
专　业: 计算机技术
关键词: 无线传感网络三维定位算法 APIT 中垂面切割法加权弥补求精
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着无线通信、传感器、微系统和计算机网络的不断发展，无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSN)被广泛应用到国防军事、环境监测、物流管理、医疗卫生等诸多领域。在WSN的各种应用中，节点的位置信息对其监测活动起着至关重要的作用。而传感器节点通常是被随机撒播在监测区域内的，其位置无法预知。全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）作为一种应用广泛的定位系统，能够为用户提供较高精度的位置、速度和时间信息，但由于其高成本及受环境制约的缺点，GPS定位系统很难满足WSN的应用需求。且随着定位应用的需求一步步提高，节点二维定位已不能满足实际应用的要求，三维空间节点定位已经成为人们所迫切需要的技术。本课题来源于江西省自然科学基金项目，研究基于APIT的无线传感网络节点三维定位及求精方法。本文介绍了一些典型的应用于无线传感网络中的定位方法，详细分析了当前国内外无线传感网络中节点定位的研究现状及其所存在的问题。针对基于APIT方法的三维空间定位技术进行了较为全面的了解。在此基础上，本文提出了一种IAPIT-3D定位算法（Improved Three-dimensional APIT）。利用RSSI衰减规律，采用中垂面切割的方法对未知节点可能存在的区域进行细化。采用增加判定条件的方法降低了“In-to-Out”和“Out-to-In”两种误判的发生概率。随后又采用改进的GRID SCAN方法，以增强定位算法对RSSI不稳定的鲁棒性。最后，文章针对低信标节点密度引起的一些定位缺陷，提出了一种基于RSSI的加权弥补求精算法并进行了其理论的合理性分析。算法的中心思想是以节点间距离的倒数作为质心算法的权重进行定位，以减少估计位置严重偏离节点真实位置的情况。本文通过仿真实验，证明了该定位方法在基本不增加计算开销的前提下，减少了“In-to-Out”和“Out-to-In”两种误判的发生概率，最终提高了定位的精度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-18
  1.1 研究背景及意义  8-10
    1.1.1 定位与求精的研究意义  8-9
    1.1.2 三维定位及求精的研究意义  9-10
    1.1.3 基于APIT的定位及求精方法的研究意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-16
    1.2.1 定位方法  10-13
    1.2.2 求精方法  13-15
    1.2.3 基于APIT的定位与求精方法  15-16
  1.3 本课题研究内容  16-17
  1.4 本课题内容安排  17-18
第2章无线传感网络中定位方法介绍  18-29
  2.1 无线传感网络节点定位相关概念介绍  18-19
  2.2 无线传感网络节点定位分类  19-20
  2.3 无线传感网络定位方法介绍  20-28
    2.3.1 非基于测距的定位方法  20-22
    2.3.2 基于测距的定位方法  22-25
    2.3.3 计算节点位置的基本方法  25-28
  2.4 小结  28-29
第3章改进的三维 APIT 定位方法  29-46
  3.1 APIT 定位方法  29-33
    3.1.1 最佳三角形内点测试法  29-30
    3.1.2 近似三角形内点测试法  30-32
    3.1.3 GRID SCAN  32-33
  3.2 三维 APIT 定位方法  33-37
    3.2.1 PIT-3D  33-34
    3.2.2 APIT-3D  34-35
    3.2.3 APIT-3D 方法中两种错误  35-37
  3.3 IAPIT-3D 方法  37-40
    3.3.1 理论支持  37-38
    3.3.2 中垂面切割法  38-39
    3.3.3 增加判定条件法  39
    3.3.4 IAPIT-3D 流程  39-40
  3.4 IAPIT-3D 定位性能分析  40-45
    3.4.1 MATLAB 仿真工具  41-42
    3.4.2 实验参数及结果  42-43
    3.4.3 通信半径与定位误差之间的关系  43
    3.4.4 信标节点个数与改进效果之间的关系  43-44
    3.4.5 定位时间比较  44-45
  3.5 小结  45-46
第4章基于 RSSI 的加权弥补求精方法  46-57
  4.1 问题的提出  46-47
  4.2 加权弥补求精方法  47-54
    4.2.1 二维加权弥补求精方法  47-48
    4.2.2 三维加权弥补求精方法  48-50
    4.2.3 求精方法合理性分析  50-52
    4.2.4 改进的GRID SCAN方法  52
    4.2.5 加权弥补求精方法使用流程  52-54
  4.3 性能分析  54-56
  4.4 小结  56-57
第5章总结与展望  57-59
  5.1 总结  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-63
发表论文和参加科研情况说明  63-64
致谢  64-65

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