基于无线传感器网络的车辆追踪复合定位技术研究

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科技发展突飞猛进,高新技术层出不穷,人类社会前进的步伐不断加快。智能交通、无人驾驶、车路协同等技术已经完善并趋于成熟,交通智能化、信息化、网络化正在形成,部分产品开始落地并迅速博得人们的青睐。其中,针对车辆的定位技术是“智能新交通”的关键一环,是“新基建”的重要组成,是“交通强国”战略的关键核心。无线传感器网络(WSN)使得万物互联成为可能,而位置信息是WSN中必不可少的前提条件,通过或者结合WSN进行准确的目标定位是当下研究的热点,开展基于无线传感器网络的车辆定位技术研究对推进建设“智能新交通”具有重要意义。目前,普遍使用的卫星导航系统如北斗卫星系统(BDS)、全球定位系统(GPS)等能够为用户提供较为准确的位置信息,在工程技术和人们生活很多领域得到了广泛应用。但在卫星接收机受到外部环境影响的弱信号环境下,卫星信号严重衰减,信号质量满足不了有效定位的要求,从而导致卫星接收机不能长时间连续、有效的捕获和追踪到导航卫星信号。目前以卫星定位作为主要支撑,复合其他各类传感器进行辅助的定位导航系统能够发挥每类传感器的优势,适用于各种应用场景。通过复合惯性传感设备一方面可以提升定位系统的数据更新率,使系统具有更高的实时性;另一方面在定位信号失锁时,可以有效抑制定位精度的发散。复合车辆里程计数据的方案可以实现在卫星提供精确初始位置信息后,在车辆直线运动状态下实现精准的目标定位。在无线传感器网络覆盖的区域内,可以实现通过信标节点的辅助进行自身位置计算。以上复合定位信息的模式比单一信息源的定位系统具有更强的鲁棒性、可靠性,同时还保持了较高的定位精度,成为车辆追踪定位系统最佳的选择。本课题研究和开发了一种基于传感器网络,多传感器协同一体化的车辆追踪复合定位系统。首先,基于卫星定位技术,实现以惯性导航设备、里程计等多传感器协同的复合定位,再引入无线传感器网络,实现无线传感器网络协同多传感器辅助的车辆复合定位系统,通过搭建自组织无线传感器网络实现多机设备之间的信息交流,进行多机辅助定位。一方面车辆可以根据行驶的区域环境自主选择最优的定位组合方式实现全场景无缝定位,另一方面车辆可以通过无线传感器网络中其他节点的位置信息进行辅助定位,由此达到提升车辆定位系统的环境适应性和连续、实时的准确定位。车辆单机系统实现了多传感器复合定位,系统可以根据车辆所处环境自动切换定位系统较优的传感器数据源作为复合定位的原始数据,避免某传感器因为特殊环境导致定位偏差过大,从而提升定位系统的环境适应性,实现连续、实时、准确的定位。基于多机的复合定位系统设计了一种易实现、易部署、组建费用低的无线传感网络拓扑结构,以STM32F407和DSP分别作为采集板和融合网络板的核心控制器,Lo Ra无线技术作为无线通信方式,搭建车辆自组织无线传感器网络,以此实现车辆移动节点与网络其他节点之间最基本的底层通信,当车辆行驶期间自身传感器自我定位受限时,便可以通过底层自组织网络实现间接辅助定位。最后通过自主设计研发的系统进行实验和数据分析,证明了本文所设计系统的有效性和实用性,为车辆的追踪定位和智能新交通提供了一定的参考价值。
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