基于LoRa的智能蓝牙信标系统及定位方法研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangqianzheng
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蓝牙信标,具备低功耗、低成本、响应速度快等技术优势,常用于室内定位。但在定位应用中存在两个问题,一是由于信标在空间分布上相对独立,需要安排人员定期就近巡检;二是信标信号易受环境干扰,接收信号强度不稳定。本文实现了一种基于LoRa的智能蓝牙信标系统,系统包括信标节点、信标网关、服务器和管理者云平台,可以在线监测并远程控制信标节点。本文的创新之处在于以智能蓝牙信标系统为平台可实时拟合信标信号衰减模型,利用多种算法优化信号衰减模型参数,提高了蓝牙信标测距精度;此外,提出了一种优化的融合贪婪策略的加权质心定位算法,提高了蓝牙信标定位精度。具体研究工作如下:(1)设计实现了基于LoRa的智能蓝牙信标系统。研究的蓝牙信标系统智能性体现在以下三点:一是快捷组网,各个信标节点利用LoRa技术可与远程服务器建立通信上的联系。二是在线监测,各个信标节点可实时监测信标广播内容以及相应的接收信号强度,并通过组网及时上传服务器进行处理,服务器可拟合信号衰减模型,可进行信标电量不足判断和信标广播失效判断。三是远程控制,通过管理者云平台提供的服务接口可及时控制相应蓝牙信标节点改变其工作状态,包括修改广播内容、修改发射功率,修改广播间隔,休眠唤醒等。(2)信号衰减模型实时拟合以及参数优化研究。以智能蓝牙信标系统为平台,首先研究蓝牙信标信号多种影响因素,然后研究实时拟合信号衰减模型,并提出了高斯均值法、一维卡尔曼法,对拟合的信号衰减模型中的环境参数再次进行调优,最后通过测距实验验证算法优化效果。实验结果表明经过实时拟合和环境关键参数调优,拟合的信号衰减模型精确度提高,测距平均误差更小。(3)融合贪婪策略的加权质心定位算法研究。为提高蓝牙信标定位精度和算法普适性,针对信标部署密度低时定位精度低以及锚圆存在多种情形,提出了优化的融合贪婪策略的加权质心定位算法。以智能蓝牙信标系统为平台验证优化算法有效性,实验结果表明:与经典加权质心定位算法比较,融合贪婪策略的加权质心定位算法定位精度更高,自适应处理三锚圆多种情形。
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