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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的快捷實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 基于自組織網(wǎng)絡(luò)的快捷實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)是一種使用chirp信號(hào)測(cè)距，不依賴任何外部設(shè)施，僅憑各定位節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)定位系統(tǒng)是一種使用chirp信號(hào)測(cè)距，不依賴任何外部設(shè)施，僅憑各定位節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實(shí)時(shí)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(diǎn)一：無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò) 本系統(tǒng)無(wú)需衛(wèi)星信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)布置或固定參考節(jié)點(diǎn)等外部設(shè)施的配合，僅靠各節(jié)點(diǎn)間的測(cè)距信息即可獲得所有節(jié)點(diǎn)位置信息， 做到了真正意義上的“無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)”。 創(chuàng)新點(diǎn)二：群體協(xié)同優(yōu)勢(shì) 單個(gè)節(jié)點(diǎn)可直接獲取其他節(jié)點(diǎn)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(shí)各節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行一定量的數(shù)據(jù)傳輸，有利于各定位節(jié)點(diǎn)間的相互協(xié)調(diào)與配合，對(duì)群體基于位置的協(xié)調(diào)合作具有重要應(yīng)用價(jià)值。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(chǎng)所（如室內(nèi)火場(chǎng)、地震廢墟等）對(duì)移動(dòng)人員、物資的實(shí)時(shí)定位需求，本項(xiàng)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(diǎn)間的測(cè)距信息交換即可達(dá)到大規(guī)模實(shí)時(shí)定位及定位信息共享的全新定位系統(tǒng)。 基本思路：一、測(cè)距并進(jìn)行測(cè)距結(jié)果誤差最小化處理：參與測(cè)距的兩節(jié)點(diǎn)均對(duì)2.4GHz的Chirp信號(hào)進(jìn)行匹配濾波，通過(guò)檢測(cè)相鄰兩個(gè)峰值之間的時(shí)間差可以得到距離信息。 二、利用節(jié)點(diǎn)間的距離信息進(jìn)行精準(zhǔn)定位：在不考慮翻轉(zhuǎn)時(shí)，任意已知三邊變長(zhǎng)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(diǎn)距離的情況下可以獲得所有節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位置信息，并且可以通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在任意坐標(biāo)系中顯示。 創(chuàng)新點(diǎn)： 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(diǎn)間利用無(wú)線Chirp信號(hào)所得測(cè)距信息即可獲得節(jié)點(diǎn)分布情況，做到了真正意義上的“無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)”，同時(shí)單個(gè)節(jié)點(diǎn)可直接獲取其他節(jié)點(diǎn)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(wú)線測(cè)距系統(tǒng) 2、測(cè)距波段的頻分復(fù)用 3、高效無(wú)錨節(jié)點(diǎn)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(cè)距精度：1米 定位精度：3米 節(jié)點(diǎn)規(guī)模：大規(guī)模并行節(jié)點(diǎn)可超過(guò)1000個(gè) 功耗：1500mAh 可連續(xù)工作48小時(shí) Chirp信號(hào)使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)802.15.4a
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(Real-Time Location Systems, RTLS)是利用無(wú)線通訊技術(shù)，在指定的空間范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)的或者接近實(shí)時(shí)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?chē)贾霉潭▍⒖脊?jié)點(diǎn)，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(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合。尤其在面對(duì)突發(fā)情況時(shí)，本作品優(yōu)勢(shì)顯而易見(jiàn)。 二、選取作戰(zhàn)狀態(tài)下最適宜的測(cè)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(diǎn)進(jìn)行快速精準(zhǔn)測(cè)距。同時(shí)利用Chirp信號(hào)的頻域擴(kuò)展，達(dá)到測(cè)距高保密性。 三、基于改進(jìn)的卡爾曼濾波方法對(duì)距離信息進(jìn)行濾波，有效減小了測(cè)距誤差對(duì)定位的影響，減少冗余信息，精簡(jiǎn)了測(cè)距系統(tǒng)。 四、自主開(kāi)發(fā)了一系列無(wú)錨節(jié)點(diǎn)的無(wú)錨節(jié)點(diǎn)定位算法：三點(diǎn)法、三點(diǎn)法back-kill修正、蛋糕算法、縮影錨定法。 五、所有運(yùn)算在各手持節(jié)點(diǎn)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(jiǎng)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(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 例如火災(zāi)中，消防員進(jìn)入火場(chǎng)時(shí)每人持一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，在濃煙中可通過(guò)看顯示屏上各節(jié)點(diǎn)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(xiǎn)指揮。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 與同類(lèi)型裝置相比，例如室內(nèi)RTLS（Real time location system, 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)），本作品最大的價(jià)值在于其不需要已知坐標(biāo)的固定節(jié)點(diǎn)來(lái)幫助測(cè)距，除去了提前布置固定節(jié)點(diǎn)的繁瑣工作，精簡(jiǎn)了系統(tǒng)，具有高機(jī)動(dòng)性，在定位單位數(shù)量較大時(shí)仍能正常工作，誤差小。在無(wú)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?？梢栽趹?yīng)用于突發(fā)情況如搶險(xiǎn)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(chē)隊(duì)定位，船舶等定位。 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)預(yù)測(cè)：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(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品中性能優(yōu)越，價(jià)格適中，具有很大的發(fā)展前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 一、概述 RTLS即 Real Time Location Systems的簡(jiǎn)稱(chēng)，實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)是利用無(wú)線通訊技術(shù)，在指定的空間范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)的或者接近實(shí)時(shí)的將特定目標(biāo)定位的系統(tǒng)。RTLS是一種基于信號(hào)的無(wú)線電定位手段，可以采用主動(dòng)式，或者被動(dòng)感應(yīng)式。其中主動(dòng)式分為AOA（到達(dá)角度定位）以及TDOA（到達(dá)時(shí)間差定位），如UWB定位；這種技術(shù)手段的特點(diǎn)是定位精度高，不易受干擾；被動(dòng)感應(yīng)式采用基于信號(hào)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(shí)發(fā)送信號(hào)包，利用信號(hào)時(shí)間差計(jì)算物體位置，其精確度會(huì)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(wú)線信號(hào)無(wú)法與客戶端設(shè)備直接傳遞，就無(wú)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(fèi)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(shí)別（Radio Frequency Identification, RFID）定位系統(tǒng)。 其中利用RFID射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用在室內(nèi)定位，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，先將平面空間畫(huà)分成許多個(gè)子空間。在系統(tǒng)架設(shè)階段時(shí)，需要測(cè)量在不同位置、不同方向所接收到不同RFID讀取器的信號(hào)，并根據(jù)各個(gè)信號(hào)的強(qiáng)度建立無(wú)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(hào)強(qiáng)度與無(wú)線電索引地圖做比對(duì)運(yùn)算，來(lái)迅速完成用戶的定位標(biāo)記。 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展的RTLS應(yīng)用，大量是基于固定錨節(jié)點(diǎn)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(dòng)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(shí)別的應(yīng)用，是在病患手上配戴被動(dòng)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(guò)程會(huì)因?yàn)榄h(huán)境所存在的介質(zhì)，這會(huì)對(duì)信號(hào)接收造成不同程度的干擾。如待識(shí)別的人體帶有水份，是RFID信號(hào)無(wú)法在較遠(yuǎn)距離，有效讀取人員識(shí)別ID的原因。
