基于ZigBee技术的室内空间定位方法

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随着信息化进程的深入发展,无线传感器网络在军事状况监测、医疗卫生、智能家居等领域中都得到了广泛应用,无线传感器定位是其中一个重要的研究方向。在很多室内安防系统中,用户要求能够实时掌握重要目标的位置,但目标人员或物品的位置未知且在不断移动中,而使用卫星信号定位虽然精度高却无法在室内环境中良好使用。与其他室内空间定位体制相比,ZigBee技术具有功耗低、成本低、通信覆盖范围广、复杂度低等显著优点,利用ZigBee技术组建由大量节点组成的分布式无线传感器网络,将信息通过网络传输给远程用户,是对安防定位的一大革新。由此可知,针对基于ZigBee技术的室内空间定位研究是有重要意义的。本文设计了一个室内空间定位系统,采用理论分析、软件仿真与实验验证相结合的方法,对室内空间环境下基于ZigBee技术的定位算法进行了研究。在数据采集阶段对输入原始信号进行了修正加权滤波,减小了信号波动的影响,对不同采集高度、天线方向等条件下的信号数据进行了统计分析,确定了合适的节点布置方式。位置指纹定位方法的定位精度受指纹采样点布局方式的影响很大,若要达到很高的定位精度,就必须有庞大的指纹采样数据支持,而这大大增加了离线阶段的工作量,提高了定位成本;使用对数衰减传播模型的定位估计方法虽然不需要大量的离线测试,但其定位精度受环境和传播模型的影响大,无法满足安防应用背景下的定位精度需求。本文提出了一种基于ZigBee技术和接收信号强度指示(RSSI)的指纹加权最近邻算法,使用无线局域自组织网络构建动态定位系统,既能够减小离线采集工作量,又能够减少算法受环境干扰的影响。软件仿真结果证明改进后的算法具有良好的定位性能,与传统最近邻定位算法相比有了较大提升。最后,为验证定位方法的有效性,在室内环境搭建了硬件系统进行实验测试,定位测试结果能在上位机界面中良好地显示。实验结果验证了本系统实现了的使用指纹加权最近邻算法的定位系统有效地提高室内定位的精度,促进了室内定位系统的发展应用。
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