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基于传感器网络的超声定位
来源:www.cedarho.com  加入时间:2011/6/14 点击:602 [双击滚动窗口]

传感器网络研究目前为止可能只是针对于整个节点定位,定位信息是很多传感器网络课题的基础,比方说移动节点的路由,传感器网络经典覆盖和入侵问题,都需要了解传感器网络节点的位置信息,现有的研究的时候,无法实时的获得每个节点的信息,更多的采用人工测量的方法,效率比较低,没有办法非常切合实际应用的场景,比如现在很多研究都需要搭建实验床,但现有的实验床,只能进一步获取信息,而无法获取现有的信息,这使最后得到的信息并不太完全,我们以定位作为网络的切入点,就是想因为定位有很经典的研究意义,同时对更多的研究有价值,对实时的信息提供高质量位置相关服务的一个基础,比如现在的GPS能够达到 10米量级的定位,我们可以作为导航和商店推荐等工作,我们室内定位达到厘米级的定位,我们可以在商店里面导购,在图书馆里面引导顾客拿到相应喜欢的书,还有智库管理,还有公共场合的人员定位,还有一些物品和人员安全的监控,就具有非常高的意义,定位本身具有非常高的意义,这是现有定位技术的概述,现有的定位技术,后面有两大类,第一类像RFID或者WIFI像信号强度的定位。现在UWB技术并不是特别成熟,由于光速还是比较快,它无法获得很大的吸收,超声最明显的优点,它能在很低成本的情况下获得较高的精度,基于超声整个一套定位系统,将来定位介质,可以完全过渡过去,我们认为选择超声作为我们定位的主要技术手段。
     超声定位很基本的原理,假设在已知的信交空间当中有四个已知的信交节点,这个信交节点XYZ坐标都是已知的,我们需要知道红色的目标节点。我们目的是要测信交节点和目标节点的距离,最后测XYZ。信交节点发射使目标节点接受,这就是GPS大容量实现比较简单。超声由目标节点发出,由信交节点发出,时间性比较好,准确率比较高。超声怎么测距的?流程图是这样的,超声测距利用超声在空气中传播到达时间的测量来检测的,比如说我发出一个超声和一个无线信号,我接收者几乎同时就能接收到无线信号,经过一段时间传输才能接到信号,利用时间差再测超声在时间中传输的距离,在测距的基础上有三个流程获得信交流程的距离,三个流程分别测距,传播时间测量信交节点。还有滤波,超声在电波中产生的效应引起的无法,传输方法是最低最高的滤波,还有三角滤波,如果两边大于第三边就可以反射过去,在或多较为准确的测距信息的时候,我们可以在测距信息的基础上,对目标节点有一个估计,这个问题是一个自由估计的问题,解决方法也非常经典非常多,常用方法比方说解超定方程,或者一个估计校正最后得出方程。Koumori  System定位主体按光在天花板上的伞状的定位超声系统,覆盖面积比较合适,对单个房间能够达到50个平米,同时每秒钟有5Hz的刷新频率,传感器网兼容性Koumori  的定位伞和定位标签与XBOW的MICA的定位。工作流程是同时发射两种信号当定位器获得无心信号之后就开始计时,然后测量你到各个已知位置节点的距离,最后把这些距离信息传输到服务器上,在服务器上运行相应的方式,实时得到信息。最大的特点是他只有一个设备,所以非常便于安装。

在居于同样的原理我们又搭建了一套额DRAGON  System信交节点不是一致的,通过标定的大小决定拓扑。定位误差精度90%可信度误差小于15厘米,可以发出超声和无线,一旦信交节点传输以后可以开始计时算距离,这个距离预算在系统内部,不需要外部服务器。在这个系统得到很好的节点,在系统内部有非常经典十分适用的方法,如果周围条件允许是无线传输,如果钢厂或者是电池干扰比较大的情况下,我们可以使用现场无线采集,可靠性非常好。在400×600的房间中,红点标定出一个桌子的区域,我们把标点放在桌子上,可以非常实时的显示出来标注信息。

这是性能测试在90%的可信度下误差小于15厘米。每个标签可以更新。这是我们做出的节点原形,右边是散装的样子,尺寸是固定的,从中心点到外延距离是70厘米,还酸比较狭小,定位机器还是定位人,有两种目标节点,可以插在笔记本上,也可以挂在人身上的。这是DRAGON有计算节点,吸收节点和发射节点,这个标签和工业标签完全相同的,我们为了工业上应用全部使用防水的设计,在室内外都可以进行工作。

DRAGON需要有一个预较准,使用起来比较简便,内部有高性能的,不需要外接服务器,这是我们实际做出的应用场景,包括仓库管理,导购等。第一个场景就是我们做出来的类似于仓库管理的系统,有这么一个货架,我们这个系统可以达到15个厘米的区分度,你可以把这个设备,借助于RFID和二维码标签输入,你可以很方便的记录一个货架上每一个位置存放了什么样的商品,之后可以很方便的转达,或者很方便的把顾客移到仓库上来。

第二类就是结合多媒体技术的应用,再一个音响店里我已经获得了商品的具体的位置,一旦顾客拿到货品,可以显示出商品的视频,价格,如果是音响的话,还会来一段音乐,让你视听一下。

安全办公桌,这也是我们实现的模式,如果这么一个会议,假设只有主席台的桌子上,我才能够访问某一个数据库,只要给每一个笔记本携带上定位的Table,插上以后才能可以由访问授权,一旦离开以后访问授权断开了,对公共区域的安全非常有意义的。

 
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