基于多節(jié)點定位的光電無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及其控制器設(shè)計.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)、視覺定位技術(shù)、分布式信息融合處理技術(shù)的不斷發(fā)展，光電無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Electro-Optic Wireless Sensor Networks,EOWSN)在軍事、反恐、邊防等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。就定位方面而言，傳統(tǒng)無線傳感定位或光電定位技術(shù)已難以實現(xiàn)更高要求的定位需求。
　　本課題針對無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)節(jié)點定位(Node Localization,NL)需

2、要提前部署錨節(jié)點，且在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍中難以進行實物檢測和定位問題，研究了EOWSN總體關(guān)鍵技術(shù)（包括光電傳感器、控制器、WSN，等），提出一種NL和雙目定位綜合算法對雙重目標（節(jié)點和覆蓋范圍內(nèi)人們感興趣的事物）精確定位，對節(jié)點控制器進行了相應(yīng)設(shè)計，并對定位系統(tǒng)進行了總體構(gòu)建、程序設(shè)計和指標驗證。
　　首先，就整體系統(tǒng)而言，研究了網(wǎng)絡(luò)自組織、網(wǎng)絡(luò)自配置、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)管理及數(shù)據(jù)融合、節(jié)能、定位等技術(shù)。在重點研究了多種 WSN定位算法(

3、Localization Algorithm,LA)和光電交叉LA的基礎(chǔ)上，提出一種基于輸出射頻控制寄存器值與距離擬合算法，融合雙目定位原理對雙重目標進行精確定位的系統(tǒng)方法。
　　其次，構(gòu)建了光電無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點系統(tǒng)的構(gòu)建，重點研究了節(jié)點系統(tǒng)組成和工作原理、設(shè)計要求，對部分模塊方案選型進行對比論證，明確了本課題硬件設(shè)計方向。重點以CC2530作為主控芯片的最小系統(tǒng)進行了硬件設(shè)計，尤其在天線匹配網(wǎng)絡(luò)方面進行了相應(yīng)軟件

4、仿真設(shè)計。針對節(jié)點系統(tǒng)指標要求進行了相應(yīng)軟件仿真、器件選擇和相應(yīng)電路設(shè)計。就定位功能需求，重點對人體紅外傳感器和光電圖像傳感器進行了器件選型和相應(yīng)電路設(shè)計。
　　最后，針對提出的LA、節(jié)點系統(tǒng)控制器及系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果進行相應(yīng)實驗驗證及誤差分析，結(jié)果表明：
　　1）節(jié)點硬件及系統(tǒng)整體設(shè)計結(jié)果均能達到相應(yīng)指標要求；
　　2）提出的系統(tǒng)LA在相應(yīng)實驗環(huán)境條件下具有其可行性。其中結(jié)合整體最小二乘法(TLS)對節(jié)點定位最大絕對誤差為

5、1.07m，較質(zhì)心定位法(Centroid Location Algorithm,CLA)提高了0.75m；TLS定位相對誤差均值為1.18％，比CLA提高38.14％。
　　3）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相對坐標的確定也就是節(jié)點系統(tǒng)中攝像頭坐標的確定，通過系統(tǒng)中多個光電攝像傳感器利用光電測距交叉定位原理對實際15個目標點進行三維定位，其定位誤差為ez≈0.76％>ex≈0.54％>ey≈0.5％，系統(tǒng)對實際目標點定位精度較高，其易于實現(xiàn)。