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室内无线定位技术研究

蒋志鑫  
【摘要】:因为信息时代的来临,通信与导航技术在互相交融中迅速发展,位置信息服务作为一种新兴的战略型产业已逐步融入到大众的日常活动之中。在室外导航与定位技术中,卫星导航已经广泛应用于每个人的生活,随之而来的就是位置服务从室外导航与定位转变为室内导航与定位的新纪元。根据近年来国内外学者所研究的方案,面向室内位置信息服务需求的定位技术从大体上归纳为四大类,它们分别为全球导航卫星技术(Global Navigation Satellite System,即GNSS)、无线定位技术、计算机辅助定位(如计算机视觉)以及多技术融合定位等。为解决传统仓储物流与制造业中人员、物品、车辆的定位需求,本论文以国内某燃料厂商仓储库房为研究对象,对面向仓储管理的室内无线定位方案进行研究、设计与实现。本课题主要研究工作与贡献如下:1.分析对比WiFi、红外、蓝牙、超声波、超宽带(Ultra Wide Band,即UWB)、射频识别(Radio Frequency Identifica tion,即RFID)等常见室内定位技术的特点与适用场景,针对仓储管理系统中对于工作人员、物流车辆、小型贵重货物、普通货物的位置服务需求,选择UWB+RFID的室内无线定位技术组合方案;2.面向室内人员等目标的定位需求设计基于超宽带测距技术的改进型时间到达差定位方案,超宽带硬件设备在不同双向测距(Two Way Ranging,即TWR)算法下表现出的测距精度截然不同,在结合位置解析算法进行仿真实验之后,基于非传统双边双向测距算法设计了一种改进型时间到达差(Time Difference of Arrival,即TDOA)定位方案来优化定位流程,降低定位延迟,从而提供定位精度理想的室内定位服务,通过仿真分析得出该改进型TDOA方案的距离差测量误差在2cm左右;3.面向普通货物等目标的定位需求设计基于识别成功率与信号强度(Received Signal Strength Indication,即RSSI)的RFID室内无线定位方案,在研究了LANDMARC、VIRE算法原理与优缺点、分析两者在仓储系统中定位的非视距情况、考虑到RFID设备单次采集数据的不稳定性后,优化算法定位流程和定位参数,设计了基于识别成功率的FRSR-VIRE算法方案,通过仿真实验结果初步证明了该算法的定位性能相对于LANDMARC、VIRE来说具有较为明显的提升;4.搭建面向仓储管理系统的室内定位测试平台,验证本文所选UWB定位方案与FRSR-VIRE定位算法的可行性,分析与总结测试结果。


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