基于嵌入式的车辆无线定位技术研究

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近年来,汽车电子技术突飞猛进,谷歌无人驾驶车的研制和试验,更是进一步将汽车推向一个智能化、信息化、网络化的技术时代。车辆定位是智能交通系统的三大关键技术之一。在新技术时代的背景下,如何结合网络信息和智能处理实现快速准确的定位技术,已成为国内研究的热点问题。课题研究基于嵌入式系统的车辆无线定位技术的设计和实现问题,对于卫星定位系统无法定位的区域,如隧道路段等,实现车辆定位,具有重要的实际意义。首先,研究了无线传感器网络的定位算法,主要有基于测距和无需测距的定位算法,两者各有优势和不足。针对这些优缺点,考虑到车辆定位的实时性要求高的特性,提出了一种计算量小、运算速度快且定位精度较好的改进定位算法——基于RSSI差值比例的加权质心定位算法(WeightedCentroid Localization Algorithm Based on the Proportion of Differential RSSI,PDR-WCL),该算法是对加权质心算法的改进,将未知节点与基准节点的接收信号强度的差值之比作为定位的加权因子。与加权质心算法相比,算法权值的设定能较好地体现不同的信标节点对未知节点定位影响程度的差异,并且选择两种不同的基准节点对算法进行仿真。仿真结果表明,该算法比加权质心算法的定位精度高。其次,从车辆定位的系统角度,采用确定性策略,设计一种易实现、组建费用低的、用于部署在道路上的ZigBee网络拓扑结构。设计了一种以LPC2103为核心控制器、CC2420为无线通信模块的32位ZigBee节点,并对C/OS操作系统进行了裁剪,将裁剪后的、内核代码更小的操作系统移植到节点。同时,在操作系统的基础上封装了一个系统服务中间层,构成了一种由硬件层、服务层、应用层三层结构组成的软件系统框架。硬件层、操作系统、中间服务层组成的软件基本系统,可以使应用开发者不必关心硬件和操作系统,有利于应用层代码的开发和移植。依据软件系统架构,结合ZigBee无线通信和定位计算的具体应用,规划了系统的中断使用并设计了系统的任务,实现了节点的无线定位。最后,在开阔的野外环境模拟了道路车辆无线定位的实验,并将采集到终端节点位置信息显示在用户界面上。实验表明,在网络平均通信半径20米的条件下,定位误差为1米。同时,实验还验证了网络拓扑的路由鲁棒性,结果表明设计的网络虽然简单易实现,但是路由鲁棒性不强。
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