基于WSN的機器人高精度室內定位跟蹤系統(tǒng).pdf

1、定位跟蹤作為無線傳感器網絡關鍵問題之一，引起研究機構的廣泛關注。移動機器人具有和環(huán)境主動交互的功能，在許多場合能夠替代人類自動執(zhí)行某些日常性與危險性任務。無線傳感器網絡與機器人結合的研究，尤其是基于WSN的機器人定位跟蹤技術的研究，已成為近年來研究的熱點領域。本文針對移動機器人在室內高精度定位的實際需求，依托無線傳感器網絡設計開發(fā)了性能優(yōu)越的高精度室內定位跟蹤系統(tǒng)。
　　針對被動式TDOA室內定位系統(tǒng)對移動目標定位效果較差的缺陷，

2、本文設計了一種主動式架構的室內定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)由目標節(jié)點、信標節(jié)點、匯聚節(jié)點和位置計算裝置組成，系統(tǒng)利用目標節(jié)點發(fā)送的射頻信號和超聲波信號的到達時間差進行距離測量，然后利用極大似然估計算法對目標節(jié)點進行位置估算。針對信標節(jié)點在短時間內向匯聚節(jié)點的大量數據傳輸問題，設計了一種基于信標節(jié)點編號的分時數據傳輸方法，相比基于掃頻式的多點傳輸方式具有更高的可靠性，系統(tǒng)節(jié)點之間協(xié)作精度達到毫秒級。通過對系統(tǒng)的測距誤差進行分析和校正，能夠實現1cm的

3、測距精度。基于.NET平臺開發(fā)了定位演示軟件，實現了目標節(jié)點位置估算和實時顯示。
　　本文還設計了在上述定位系統(tǒng)下工作的移動機器人系統(tǒng)。移動機器人采用ARM處理器，移植了μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)對機器人各項功能進行管理，實現系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。基于ZigBee的無線通信網絡設計，能夠實現與定位系統(tǒng)數據交互，解決無線信號難以在復雜室內環(huán)境下的實時傳輸問題?；?NET平臺設計了PC端機器人監(jiān)控軟件，能夠實現機器人運動控制和位置跟蹤監(jiān)測。

4、r>　　關于信標節(jié)點的部署問題，通過仿真實驗獲得了正方形和正六邊形的最優(yōu)部署方式，并且設計了基于ZigBee網絡的大規(guī)模部署策略。在理論算法方面，采用卡爾曼濾波算法實現了對移動機器人目標的高精度跟蹤，能夠有效抑制超聲波反射衍射造成的干擾。
　　本文設計定位跟蹤系統(tǒng)體積小巧、抗干擾能力強，具有功耗低、計算量小等特點。大量的實際測試表明:系統(tǒng)定位誤差小于5cm，定位頻率可達20Hz，在多個性能指標上優(yōu)于國內外類似系統(tǒng)，適用于移動機器人