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无线移动传感器网络节点定位研究与实现

作　者: 杜谨泽
导　师: 李廉
学　校: 兰州大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线传感器网络惯性导航系统节点定位三轴加速度传感器方向传感器积分算法
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着传感器技术、微电子技术、无线通信技术、集成电路技术和计算机等技术的飞速发展,低功耗、低成本、微型化的无线传感器网络技术应运而生。在无线传感器网络的军事和工业应用中,为了达到准确有效采集环境信息的目的,节点一般具有一定的移动性。随之产生了无线移动传感器网络的概念,移动节点的定位也成为了科研人员不可回避的关键问题之一。目前,国内外学者已经提出了很多节点定位的算法。这些算法大部分基于RSSI方法,主要通过计算节点接受信号的强度来测量节点与已知参考节点的距离,从而达到未知节点定位的目的。在一些特殊的无线传感器网络应用场合中,也可以采用GPS和超声波定位的方法。本文中提出一种全新的节点定位方案,称之为多传感器定位方案,该方案基于惯性导航系统,将惯性导航系统中的定位方法改进应用到无线传感器网络中。本文中提出的多传感器定位方案,主要包括位移计算方法和位移校准方法。位移的计算主要借助三轴加速度传感器和方向传感器。节点在运动的过程中,集成的三轴加速度传感器会时刻采集节点自身运动的加速度,方向传感器会时刻采集节点的姿态,利用节点的加速度数据和方向角度,通过相应的积分运算就可以计算得到节点的运动位移。在位移的计算完成后,我们采用位移自校准方法和辅助校准方法来校准位移。我们采用扩展的卡尔曼滤波器来消除零点漂移造成的误差,以提高整个位移计算的精确度。本文最后在内置有三轴加速度传感器和方向传感器的测试手机上对该方案进行了相应的测试验证实验,大量的测试数据表明,该多传感器定位方案适合测量小范围的位移,在小范围中具有较大的精确度。作为一种自定位方法的多传感器定位方案,与现存的辅助定位方法互相补充,联合使用能提高节点定位的效率和精确度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
    1.2.1 无线传感器网络研究现状  9-10
    1.2.2 无线定位技术研究现状  10-11
  1.3 研究内容与论文组织  11-13
第二章无线传感器网络  13-27
  2.1 无线传感器网络概述  13-19
    2.1.1 无线传感器网络的体系结构  13-15
    2.1.2 无线传感器网络的鲜明特征  15-18
    2.1.3 无线传感器网络的关键技术  18-19
  2.2 无线移动传感器网络  19-20
  2.3 WSN节点定位技术  20-27
    2.3.1 定位方案简介  20-24
    2.3.2 超声波方案  24-25
    2.3.3 RSSI方案  25
    2.3.4 GPS方案  25-26
    2.3.5 多传感器定位方案  26-27
第三章实验平台介绍  27-36
  3.1 Android手机系统  27-30
    3.1.1 Android系统简介  27
    3.1.2 Android系统构架  27-29
    3.1.3 Android应用程序框架  29-30
  3.2 传感器介绍  30-36
    3.2.1 手机平台  30-31
    3.2.2 相关传感器  31-36
第四章多传感器定位方案  36-43
  4.1 方案简介  36-37
  4.2 定位原理  37-43
    4.2.1 位移计算概述  37-38
    4.2.2 位移计算方法  38-40
    4.2.3 位移校准方法  40-43
第五章实验与数据分析  43-54
  5.1 位移测量实验场景  43
  5.2 位移测试实验和数据分析  43-53
    5.2.1 传感器静态校准测试  44-50
    5.2.2 近似匀加速运动测试  50-53
  5.3 实验结论  53-54
第六章总结与展望  54-56
  6.1 论文总结  54-55
  6.2 研究展望  55-56
参考文献  56-59
在学期间的研究成果  59-60
致谢  60

无线移动传感器网络节点定位研究与实现

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