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实时定位系统具有巨大的应用价值和前景。随着无线定位原理和定位算法研究的深入,基于无线网络的实时定位系统得到了迅速发展,但同时也给开发设计带来了巨大挑战。定位系统面临的问题是如何设计具有高精度的定位系统,同时移动性、信道干扰与冲突、多径、穿透等都会影响定位系统的性能,定位系统的重要性能指标包括:实时性、可靠性、定位精度等。因此,具有较好实时性和可靠性的高精度定位系统研究是无线定位网络的难点。在基于测距的定位系统中,基于TOA(Time of Arrival)测距是常用的一种测距技术。
本文以设计实时定位系统为基础,以人员指挥调度为应用背景,研究了目前的实时定位系统、定位算法、距离测量和位置计算原理,从定位系统的设计需求与约束着手,给出系统的整体设计;然后对整体设计作详细分析,讨论系统的设计限制与关键技术,重点讨论了协议设计、具有优先级调度算法和基于极大似然的质心定位算法;最后给出系统的功能和性能测试,对系统作简要的性能评价。本文的主要贡献有:
1)针对无线定位系统的移动性、实时性和能量有效性等特点,提出了一种TDMA与CSMA、CA混合的MAC协议。
2)针对应用系统中语音通信和定位的实时性和公平性,提出了一种具有优先级的任务调度算法。
3)以提高定位精度为目标,设计了一种基于极大似然的质心定位算法。
4)设计了无线定位系统的框架,并实现了以上关键技术。通过测试,定位系统的有效通信距离超过1Km,平均定位误差在2m以内;并且语音通信与定位具有良好的协同性,语音通信连续、清晰、可懂;定位系统在8s刷新周期下,可容纳的定位节点最大容量达150个。