基于ZigBee的室内定位算法设计与实现

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随着科学技术的进步以及人们在日常生活及生产工作等方面的需要,室内定位服务也变得越来越重要。在众热门室内定位技术中,ZigBee技术凭借着低成本、低功耗的特点,可以很好地运用在室内定位当中。本文对常用的定位技术进行了总结,并分析了常用的室内定位算法,对原有室内定位算法进行了改进设计,最后以ZigBee技术作为载体对算法进行实现。本文首先对课题研究背景和意义进行了概述,接着阐述了常见的室内定位方法,着重介绍了到达时间(Time of Arrival,TOA)定位方法、到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)定位方法、到达角度(Angle of Arrival,AOA)定位方法、接收信号强度指示(Received Signal Strength Indicator,RSSI)定位方法。通过分析与对比,选用RSSI测距法中的位置指纹算法作为本文的基础算法,并针对原算法缺陷做出相应的改进,提出了改进后的基于RSSI的位置指纹算法。此外还采用MATLAB对改进前后的位置指纹算法进行了仿真,通过仿真结果可得知改进后位置指纹算法的定位精度有显著的提升。其次,本文通过分析ZigBee技术相关理论,组建了ZigBee无线网络,并对提出的算法进行了实现。通过对节点的应用层软件部分进行设计,提高了数据传输速率,减少了指纹采集所需的时间。此外还设计了上位机界面,主要用于配合参考点指纹数据的采集、建立指纹数据库以及对定位区域进行实时观测。最后,在室内环境搭建实验测试平台,选用本文改进定位算法进行实验,并针对定位系统的实际需求对定位环境做了适当的修改。通过实验验证了改进定位算法的有效性,完成了ZigBee室内定位系统的总体设计。
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