基于WSN的煤矿井下定位算法研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)作为现代信息技术的三大基础技术之一,发挥着越来越重要的作用,其广阔的应用范围包括:军事侦查、精细农业、智能家居、工业控制、森林环境监测等。定位技术作为无线传感器网络的关键技术之一,已经得到广大专家学者的探索与研究。本文以我国煤矿安全监测现状为背景,针对煤矿井下环境复杂多变,存在多径、反射、衍射等现象,对国内外井下定位算法进行了研究,提出一种适合于井下应用的基于虚节点校正的井下无线传感器网络定位算法,并设计搭建了该定位算法实现的软硬件平台。主要研究内容为:(1)WSN典型定位算法:对典型定位算法的定位机制及优、缺点进行了研究,结合定位算法的相关性能指标对典型定位算法进行了分析与研究,并指出这些典型定位算法的适用性。(2)煤矿井下定位算法:研究了当前国内外井下定位算法的定位机制及原理,针对煤矿井下巷道内复杂多变的环境条件,分析得出当前井下定位算法需要解决的两个关键问题:①针对煤矿井下特殊的巷道环境如何改进无线信号衰减模型,进而提高定位精度;②如何利用锚节点与未知节点间的内在约束关系,对使用相关定位算法得到的定位结果进行校正,进而提高定位精度。(3)提出一种适合于煤矿井下应用的定位算法:根据煤矿井下锚节点与未知节点间的内在约束关系,提出一种虚节点校正的定位算法,该算法对一种基于接收信号强度指示(Received Signal Strength Indication, RSSI)的加权质心定位算法进行了改进,仿真结果表明,改进后的定位算法平均定位误差较改进前最高可降低13.86%。(4)定位算法实验平台的搭建:结合基于JANNIC5139的硬件节点,设计开发了上位机软件系统,通过多次实验可验证,改进后定位算法较好地解决了定位结果容易出现在模拟巷道以外的问题。
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