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基于软件无线电平台的被动式室内移动人体跟踪方法研究与实现文献综述

 2020-05-01 08:05  

1.目的及意义

随着信息技术的不断发展,近年来,人们对基于位置服务的需求越来越强烈。今天,以GPS为代表的卫星定位系统已经全球性、全天候覆盖了室外环境,深刻改变了人们的生产生活方式。然而由于GPS信号穿透能力差无法适用于室内环境,室内定位存在着较大的研究价值。尤其,人类活动的80%#8764;90% 的时间都处在室内环境中因此室内位置信息对于日常生活至关重要。

室内定位是指在室内环境无法使用卫星定位时,使用室内定位技术作为卫星定位的辅助定位,解决卫星信号到达地面时较弱、不能穿透建筑物的问题。最终定位物体当前所处的位置。

在以Wi Fi无线网络为代表的无线室内定位中,测距则主要采用基于接收信号强度(Received Signal Strength,RSS)的测距模型。因其具有对硬件系统要求较低以及算法容易实现等优点而备受关注。其基本原理是,无线信号在传播过程中的能量衰减程度与传播距离之间符合一定的理论模型:无线信号的信号强度随着传播距离的增加而衰减,接收方与发送方离得越近,则接收方的信号强度就越强; 接收方离发送方越远,则接收到的信号强度就越弱。根据移动终端测量接收到的信号强度和己知的无线信号:衰落模型,可以估算出收发方之间的距离,根据多个估算的距离值,可以计算出移动终端的位置。这一种方法相对简单,不需要对网络添加额外的硬件设备,但是由于影响无线信号强度因素较多,定位精度不是很理想。

近年来大量科研人员提出了基于红外线、超声波、RFID和RSSI等技术的室内定位解决方案,这些方案在一定程度上解决了室内定位相关课题的一部分问题,但是这些方案都存在着各自的局限性。随着研究的不断深入、新技术的不断发展以及人们对室内定位的需求不断加强,室内定位已经成为一个重要的研究领域。

国外的室内定位技术研究成果主要有: Want 提出了利用红外线进行室内定位的方案; 微软研究所及密歇根大学的LADMARK 系统,通过测量室内不同位置的电磁波能量衰减情况进行室内定位; Carnegie Mellon 大学的Smailagic 等人提出了CMU.TMI以及日本Yamasaki 等人提出了基于IEEE算法进行室内自主定位; Rice 大学的Ladd802.11b 无线局域网的室内定位系统; Otsasonl 等人利用蜂窝网建立了室内GSM 蜂窝网识别技定位系统,大幅度的降低了定位成本,并且有着不错的定位精度; Patil以射频术为基础,成功的利用WiFi 进行仓库货物定位; Intel 研究所在墙壁上布置射频识别感应装置,用FastSLAM 算法计算所有感应装置的位置信息,感应装置与带有信号发射器的移动节点进行通信,运用Monte Carlo 定位算法计算出待测节点的位置信息等。

国内这方面的研究不多,通常情况是在进行机器人导航方向研究时考虑定位问题。主要成果有: 西南交通大学提出的基于射频识别技术的室内定位系统,该系统在最近邻居节点计算方面做出了改进并且通过多次数据融合技术减小了误差; 复旦大学的师生以以最大释然估计法进行计算,通过多次迭对数信号衰减模型为基础,采用测距的方式,代确定衰减模型中的环境参数并得到节点间的距离,由此确定待测节点位置信息; 重庆邮电学院关媛媛等人研究了Cricket 室内实时定位系统如何使用射频信号和超声波信号进行定位。

由于室内定位范围一般相对较小,且现在室内定位一般是利用的高频率的无线电,传播速度为光速,时间上只要稍微出现一点误差,基于时间的测距方法便会产生非常大的误差,而基于RSSI 的测距方法则没有这个缺点,且其信号模型在小范围内比较接近理论值,所以室内定位技术一般均是采用RSSI 的定位方法。本设计主要探讨的就是基于信号强度进行的无线定位。

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2. 研究的基本内容与方案

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本实验运用USRP N210软件无线电硬件设备和RNU Radio软件无线电软件开发平台,研究并实现一种室内人体定位与跟踪系统。运用RSSI实现一种被动式非接触的移动人体定位与跟踪系统。该系统能实时跟踪移动人体在室内空间的相对位置。

基于RSSI的室内定位技术基本原理是通过利用理论和经验模型分析信号接收强度和距离的关系得到被定位目标与各个无线信号发射器的距离,最后利用三边定位法等已有的定位方法实现定位。围绕以上方面,本文拟采用的技术如下:

1.搭建USRP N210软件无线电硬件设备和RNU Radio软件无线电软件开发平台。在Linux操作系统下,安装完整RNU Radio开发环境,并完成环境变量配置。

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