基于无线胶囊的定位系统研究

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解决无线胶囊内窥镜(Wireless Capsule Endoscopic,WCE)的定位问题是目前内窥镜的主要研究方向之一,而定位的精确度和其成本其关键。电磁定位方法在定位领域有着举足轻重的地位,它当中的一些方法非常适合求解复杂人体环境下的定位问题。电磁波传播建模领域是极其多样的,并且包括具有技术和哲学的许多方面。本文中所呈现的模型是那些我们认为的可用的,可能适合特定应用的最佳选择。为了准确地估计(构建)无线电信号传播衰减模型,特别是在人体的胃肠道内部,人体中的电波吸收表征被研究。这种表征提供了为人体内的物镜设计基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的定位系统的标准。本文提出了用于将内窥镜胶囊定位在人体内的RSS算法,目的是通过考虑身体内的损失来测量人皮肤上接收的电磁信号的功率来确定胶囊的位置。首先通过模拟结果证明算法的高精度,并通过尝试的多种的不同数目和阵列的信号接收天线排列形式得到了最合适的天线配置。之后为胶囊定位所需的克拉美-罗下限(Cramér-Rao Low Bound,CRLB)导出分析公式,距离和方位角测量被用于估计胶囊的位置信息。采用CRLB分析来量化可达到的最佳定位性能。我们还提出一些数值结果来显示三种情况下的CRLB。最后,在最现实的情况下,当阴影与相关空间和距离并且噪声的标准偏差为10 dB时,CRLB的最大平方根为3.8 mm。总之,本文的结果表明,可以使用测量的RSS用于WCE的位置估计。
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