基于射频信号强度的零配置室内定位系统

【摘要】： 无线传感器网络综合传感器、嵌入式计算技术，通过无线通信实现自组织，形成分布式自治网络，已成为国内外信息技术领域的研究焦点。以数据为中心的传感器网络只有把数据与位置信息分别对应上，才能达到信息世界到物理世界逆映射，实现信息与实体的交互。定位技术是无线传感器网络的关键支撑技术之一，对覆盖部署、拓扑控制、路由通信和目标跟踪等影响甚大，贯穿了无线传感器网络各个环节的技术研究。 室内是与人类生活生产关系最密切的场合，室内位置服务存在大量应用需求；但室内信号影响因素多，特性复杂，室内定位技术是近年研究的难点和热点。本文针对室内信号复杂特性，查阅整理了室内无线传播特性相关文献，分析了多个典型系统设计思想和优缺点，在此基础上提出并设计了基于无线传感器网络信号强度差异的零配置室内定位系统。 通过大量室内外实验，对比总结了室内信号特点，提出了一种基于信号强度差异的零配置、环境自适应、分布式定位算法iNemo。算法匹配比较目标信号和信标信号，计算信号差异，再取匹配差异的负指数函数作为加权系数，采用加权质心估计目标位置。 完成了基于异构层次网络的实验系统的总体设计，初步实现了系统底层网络节点组管理机制和基站GUI及数据处理等工作。提出应用组管理策略对网络节点进行协调，建立组的构建、维护机制，并考虑各种可能异常，分别给出解决方案。 在无线传感器节点上实现该算法，并于多个室内场景对算法性能进行了分析评估。结果表明采用该系统能够在100m~2定位区域内仅利用4个信标点实现平均误差2m，90％定位结果误差在3m以内的定位精度：且算法在多个不同室内环境都能保持较好的定位精度，具备一定环境适应性。系统部署简单，无须信号地图人工配置，特别适于医疗监护等应用。