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基本信息
- 項目名稱：
- 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的快捷實時定位系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的快捷實時定位系統(tǒng)是一種使用chirp信號測距，不依賴任何外部設(shè)施，僅憑各定位節(jié)點間的測距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實時定位及定位信息共享的全新定位系統(tǒng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的快捷實時定位系統(tǒng)是一種使用chirp信號測距，不依賴任何外部設(shè)施，僅憑各定位節(jié)點間的測距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實時定位及定位信息共享的全新定位系統(tǒng)。 本作品具有大規(guī)模定位范圍、高精度、抗干擾、抗頻偏、低功耗等特性。 創(chuàng)新點一：無線自組織網(wǎng)絡(luò) 本系統(tǒng)無需衛(wèi)星信號、網(wǎng)絡(luò)布置或固定參考節(jié)點等外部設(shè)施的配合，僅靠各節(jié)點間的測距信息即可獲得所有節(jié)點位置信息， 做到了真正意義上的“無線自組織網(wǎng)絡(luò)”。 創(chuàng)新點二：群體協(xié)同優(yōu)勢 單個節(jié)點可直接獲取其他節(jié)點位置信息，不需要外部服務(wù)器的處理，真正做到定位信息透明化，同時各節(jié)點可進(jìn)行一定量的數(shù)據(jù)傳輸，有利于各定位節(jié)點間的相互協(xié)調(diào)與配合，對群體基于位置的協(xié)調(diào)合作具有重要應(yīng)用價值。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的：為了解決在情況不明、環(huán)境復(fù)雜的場所（如室內(nèi)火場、地震廢墟等）對移動人員、物資的實時定位需求，本項目小組從“自組織網(wǎng)絡(luò)”的理念出發(fā)，發(fā)明了一種不依賴任何外部設(shè)施，僅憑各定位節(jié)點間的測距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實時定位及定位信息共享的全新定位系統(tǒng)。 基本思路：一、測距并進(jìn)行測距結(jié)果誤差最小化處理：參與測距的兩節(jié)點均對2.4GHz的Chirp信號進(jìn)行匹配濾波，通過檢測相鄰兩個峰值之間的時間差可以得到距離信息。 二、利用節(jié)點間的距離信息進(jìn)行精準(zhǔn)定位：在不考慮翻轉(zhuǎn)時，任意已知三邊變長的三角形都是唯一確定且可解的。因此，在已知任意兩節(jié)點距離的情況下可以獲得所有節(jié)點的相對位置信息，并且可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在任意坐標(biāo)系中顯示。 創(chuàng)新點： 不同于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)如衛(wèi)星定位、有源RFID定位等定位系統(tǒng)，本作品不需要外部設(shè)施配合，僅靠各節(jié)點間利用無線Chirp信號所得測距信息即可獲得節(jié)點分布情況，做到了真正意義上的“無線自組織網(wǎng)絡(luò)”，同時單個節(jié)點可直接獲取其他節(jié)點位置信息而不需要第三方協(xié)調(diào)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS）無線測距系統(tǒng) 2、測距波段的頻分復(fù)用 3、高效無錨節(jié)點定位算法 主要技術(shù)指標(biāo): 頻率范圍：2.4 GHz - 2.4835 GHz 定位范圍：半徑100米以上 測距精度：1米 定位精度：3米 節(jié)點規(guī)模：大規(guī)模并行節(jié)點可超過1000個 功耗：1500mAh 可連續(xù)工作48小時 Chirp信號使用國際標(biāo)準(zhǔn)802.15.4a
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 實時定位系統(tǒng)(Real-Time Location Systems, RTLS)是利用無線通訊技術(shù)，在指定的空間范圍內(nèi)，實時的或者接近實時的將特定目標(biāo)定位的系統(tǒng)。 一、本作品拋棄了傳統(tǒng)的定位方式，不需要在定位環(huán)境周圍布置固定參考節(jié)點，可在室內(nèi)外中小范圍復(fù)雜環(huán)境中直接使用，拓展了現(xiàn)有實時定位系統(tǒng)的應(yīng)用場合。尤其在面對突發(fā)情況時，本作品優(yōu)勢顯而易見。 二、選取作戰(zhàn)狀態(tài)下最適宜的測距技術(shù)——Chirp擴(kuò)頻技術(shù)，利用其抗干擾能力強(qiáng)、抗頻偏能力強(qiáng)、抗多徑能力強(qiáng)和發(fā)射功率低等優(yōu)點進(jìn)行快速精準(zhǔn)測距。同時利用Chirp信號的頻域擴(kuò)展，達(dá)到測距高保密性。 三、基于改進(jìn)的卡爾曼濾波方法對距離信息進(jìn)行濾波，有效減小了測距誤差對定位的影響，減少冗余信息，精簡了測距系統(tǒng)。 四、自主開發(fā)了一系列無錨節(jié)點的無錨節(jié)點定位算法：三點法、三點法back-kill修正、蛋糕算法、縮影錨定法。 五、所有運算在各手持節(jié)點上并行進(jìn)行，效率更高，且不需要PC終端，具有良好的移植性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 浙江大學(xué)第十二屆挑戰(zhàn)杯校賽三等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明： 例如火災(zāi)中，消防員進(jìn)入火場時每人持一個節(jié)點設(shè)備，在濃煙中可通過看顯示屏上各節(jié)點的分布情況了解同伴位置，火災(zāi)指揮員亦可根據(jù)消防員分布情況給特定人員發(fā)送指揮信息，進(jìn)行搶險指揮。 技術(shù)特點和優(yōu)勢： 與同類型裝置相比，例如室內(nèi)RTLS（Real time location system, 實時定位系統(tǒng)），本作品最大的價值在于其不需要已知坐標(biāo)的固定節(jié)點來幫助測距，除去了提前布置固定節(jié)點的繁瑣工作，精簡了系統(tǒng)，具有高機(jī)動性，在定位單位數(shù)量較大時仍能正常工作，誤差小。在無外界參考的狀況下，組成區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，完成協(xié)同工作。 應(yīng)用范圍： 十分適合野外高復(fù)雜度環(huán)境，衛(wèi)星停用和強(qiáng)干擾也很難干擾到本裝置的工作。可以在應(yīng)用于突發(fā)情況如搶險救災(zāi)中的人員協(xié)同及其他情況下的大量人員定位、物資定位，車隊定位，船舶等定位。 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)預(yù)測：由于本作品具有大規(guī)模定位范圍、高精度、抗干擾、抗頻偏、低功耗等特性。在市場同類產(chǎn)品中性能優(yōu)越，價格適中，具有很大的發(fā)展前景。
同類課題研究水平概述
- 一、概述 RTLS即 Real Time Location Systems的簡稱，實時定位系統(tǒng)。 實時定位系統(tǒng)是利用無線通訊技術(shù)，在指定的空間范圍內(nèi)，實時的或者接近實時的將特定目標(biāo)定位的系統(tǒng)。RTLS是一種基于信號的無線電定位手段，可以采用主動式，或者被動感應(yīng)式。其中主動式分為AOA（到達(dá)角度定位）以及TDOA（到達(dá)時間差定位），如UWB定位；這種技術(shù)手段的特點是定位精度高，不易受干擾；被動感應(yīng)式采用基于信號強(qiáng)度的方法進(jìn)行位置解算，如RFID，Zigbee等。這種定位方式容易受到金屬物等障礙物的影響，從而出現(xiàn)偏差。一般用于物流供應(yīng)鏈、配送中心、工業(yè)環(huán)節(jié)等領(lǐng)域的物品追蹤管理， 二、戶外定位：主要代表技術(shù)為GPS全球定位系統(tǒng)，利用24顆衛(wèi)星同時發(fā)送信號包，利用信號時間差計算物體位置，其精確度會受天氣影響，誤差約在10米內(nèi)。技術(shù)限制：GPS最大的限制在于必須要與衛(wèi)星系統(tǒng)保持視線可及的環(huán)境，如果在室內(nèi)或建筑物中，由于無線信號無法與客戶端設(shè)備直接傳遞，就無法達(dá)到定位的準(zhǔn)確度，甚至失效。因此如果要將全球定位系統(tǒng)使用于室內(nèi)定位，必須花費昂貴的成本。 三、室內(nèi)定位：室內(nèi)定位有幾種不同的技術(shù)發(fā)展，如上述的GPS全球定位系統(tǒng)、紅外線定位技術(shù)、射頻定位技術(shù)及射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）定位系統(tǒng)。 其中利用RFID射頻識別技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)定位，利用無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，先將平面空間畫分成許多個子空間。在系統(tǒng)架設(shè)階段時，需要測量在不同位置、不同方向所接收到不同RFID讀取器的信號，并根據(jù)各個信號的強(qiáng)度建立無線電索引地圖。系統(tǒng)架設(shè)完成后，系統(tǒng)定位用戶便可從RFID讀取器所接收到的用戶信號強(qiáng)度與無線電索引地圖做比對運算，來迅速完成用戶的定位標(biāo)記。 現(xiàn)階段國內(nèi)外研究發(fā)展的RTLS應(yīng)用，大量是基于固定錨節(jié)點設(shè)置的RFID應(yīng)用，多是物流供應(yīng)鏈在貨箱或棧板上貼用被動式RFID標(biāo)簽，讀取距離多數(shù)在兩三米。又如在醫(yī)院病患識別的應(yīng)用，是在病患手上配戴被動式RFID手環(huán)，醫(yī)護(hù)人員以讀取器近距離感應(yīng)，通常是在十厘米以內(nèi)。由于線電波傳輸過程會因為環(huán)境所存在的介質(zhì)，這會對信號接收造成不同程度的干擾。如待識別的人體帶有水份，是RFID信號無法在較遠(yuǎn)距離，有效讀取人員識別ID的原因。
