發(fā)布時間：2020-11-16 08:09

　　 隨著人工智能、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子元器件等領(lǐng)域快速發(fā)展,基于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)成果研發(fā)并具有提供豐富智能教育服務(wù)的教育機(jī)器人成為了教育信息技術(shù)領(lǐng)域熱點(diǎn)研究課題。教育機(jī)器人在許多應(yīng)用情景中,需要進(jìn)行自身的位置發(fā)現(xiàn)或?qū)δ繕?biāo)物體位置的定位才能為服務(wù)對象提供智能教育服務(wù)。當(dāng)教育機(jī)器人在室外時,可以利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(GNSS)為其提供相關(guān)的定位服務(wù)。但是,關(guān)于教育機(jī)器人的室內(nèi)定位目前還沒有成熟的解決方案。由于無線信號受到建筑物、室內(nèi)物體,人為活動和信號干擾等不利因素影響,基于教育機(jī)器人的室內(nèi)定位研究已經(jīng)成為了一個難題。許多的科研院所、高校、企業(yè)等都投入了資源研究室內(nèi)定位,以及在教育機(jī)器人上的應(yīng)用。面向教育機(jī)器人的室內(nèi)定位需要在復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn),以便教育機(jī)器人能夠提供各種智能服務(wù)。單一的室內(nèi)定位技術(shù)已經(jīng)不能很好地滿足這樣的服務(wù)需求,選用多種定位技術(shù)進(jìn)行融合定位教育機(jī)器人就很有必要。隨著WiFi的應(yīng)用普及,使用教育機(jī)器人的室內(nèi)環(huán)境中大多有WiFi信號。另一方面,由于物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,RFID技術(shù)也得到了推廣。在兼顧成本、適應(yīng)性及應(yīng)用推廣的前提下,本研究結(jié)合WiFi和RFID技術(shù),提出了一種有效的面向教育機(jī)器人室內(nèi)無線指紋融合定位的解決方案;為了能夠?qū)κ覂?nèi)活動的教育機(jī)器人進(jìn)行更好的定位,本文提出了一種有效的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)空間布局方案,通過粗細(xì)指紋結(jié)合,融合WiFi和RFID無線指紋定位技術(shù);本文提出了基于RSS能勢場導(dǎo)航路由決策定位算法,實(shí)現(xiàn)了教育機(jī)器人在室內(nèi)多場景中基于定位服務(wù)的應(yīng)用。本文主要創(chuàng)新點(diǎn)及貢獻(xiàn)如下:(1)在無線網(wǎng)絡(luò)空間布局設(shè)計中,本文提出了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)布局思路,在WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋的大區(qū)域,利用三角形結(jié)構(gòu)布局無線接入點(diǎn)(AP);在RFID網(wǎng)絡(luò)覆蓋的小區(qū)域,提出了利用多種多邊形組合而成的結(jié)構(gòu)布局電子標(biāo)簽(Tag)方案。地面標(biāo)簽布局采取了多粒度指紋結(jié)合的布局方式,根據(jù)不同定位精度需要可調(diào)整指紋粒度間隔。(2)在不同區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)可能會受到各種干擾因素影響,導(dǎo)致信號特征發(fā)生變化,因而采集RSS的數(shù)據(jù)不能直接用于教育機(jī)器人的定位,本文提出了一種有效的數(shù)據(jù)均值疊加平滑處理方法,首先對每一個采樣點(diǎn)的獨(dú)立AP進(jìn)行RSS均值疊加并進(jìn)行平滑處理,在每一個采樣點(diǎn)上獲取相對優(yōu)化的RSS均值;其次在其他AP覆蓋區(qū)域的每個采樣點(diǎn)上對RSS信號進(jìn)行均值平滑處理,在不同定位區(qū)域?qū)Σ煌珹P的RSS信號進(jìn)行疊加再均值平滑處理,獲取在不同區(qū)域的RSS數(shù)據(jù)分布特征;最后根據(jù)不同AP的RSS均值數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合定位。(3)基于電子標(biāo)簽布局的導(dǎo)航定位研究,本文提出了基于RSS能勢場導(dǎo)航路由決策定位算法,通過算法實(shí)現(xiàn)了教育機(jī)器人自主導(dǎo)航到指定的服務(wù)位置。(4)本論文研究的室內(nèi)定位方法成功應(yīng)用于本團(tuán)隊研發(fā)的三款教育機(jī)器人,是構(gòu)成它們自主避障、測距和路徑規(guī)劃的能力的關(guān)鍵技術(shù)。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP242;G40-057
【部分圖文】：

若等效平均速度在傳播路徑上與傳播速度ｃ相等，則有Ｃ?＝?Ｃａｖ。??設(shè)定有三個ＡＰ布局在室內(nèi)環(huán)境中，作為無線信號發(fā)射設(shè)備，有一臺教育機(jī)器人（Ｅｒｏｂ）作??為待測目標(biāo)，如圖２．１所示。信號傳輸中若采用視距（ＬＯＳ）傳播方式，信號傳播距離＜就決??定了從無線路由器（ｄ／ｐ到移動終端（Ｅｒｏｂ）的距離。在二維場景下，當(dāng)兩個圓相交，可能會??產(chǎn)生兩個交點(diǎn)，但是不能確定目標(biāo)物體是在哪一個交點(diǎn)上，若利用３個無線路由器進(jìn)行距離測??定，則會解決位置歧義解的問題，也就是三點(diǎn)交匯處就是移動終端（Ｅｒｏｂ）所在的位置。??（％》??贏?（Ｔ－．－Ｔ，）??ＡＰ３?？？■？？？？－????＾，＝ｃ？－ｒ￡）?＝?￡ｉ?，?■??／?／??４??嚴(yán)＼￣＾??圖２．１二維情況中ＴＯＡ定位原理??若在三維情況下，需要在多個無路由器（ＡＭ到移動終端（Ｅｒｏｂ）的距離測量，就需要建??立７Ｖ個非線性方程組，設(shè)定移動終端（Ｅｒｏｂ）所在的位置坐標(biāo)為（Ｘ，少，Ｚ），則有??＋｛ｙ－ｙｉ）＂?＋（２－ｚ

＊?ＡＰ２??圖２．２由反射引起的無偏誤差??＼?Ｖ?／??ＡＰ３??４?＝?＜：（７＊２?－巧）??、＼?Ｖ／??ｄ．－ｄ，?＝ｃ（７；－７ｔＫ?ｄ＇??、、纖?ｄ．－ｄ＾ｃａｖ－ｒｏ??、、、？…??ＡＰ７?ｄ＼??／?Ｉ?Ｍ??ＡＰＩ??圖２．３二維情景中的ＴＤＯＡ原理圖??在圖２．３中，兩個雙曲線的交點(diǎn)（實(shí)線）提供了終端設(shè)備（Ｅｒｏｂ）的唯一位置，另外一個雙??曲線（虛線）由名－?＜?＝⑷一彳）一⑷－＜）＝ｅＡ：Ｔ２」－ＣＡ７；」進(jìn)行定義，于是有如下；Ｖ?－１個??線性方程組??ｙ］（ｘ－ｘ２ｙ?＾（ｙ－ｙ２Ｙ?＋（＾－＾２）２?－＞／（義一ｘｉ）‘?＋?（ｙ—?少ｉ廣?＋?（ｚ—?召疒＝＾２￣＾＼?＝ｃ＾２．＼??ｙＪ（ｘ－Ｘ３Ｙ?＋（ｙ－ｙ３Ｙ?－ｈ（ｚ－ｚ３ｙ?－?ｙｊｉｘ－Ｘ＾ｙ?－＾（ｙ－?）＼?Ｙ?＋（ｚ－?２，?）＊■?＝?－ｄ］?＝ｃＡＴＸ］?（２?７）??ｙ］（ｘ－ｘＮＹ?＋（ｙ－ｙＮＹ?＋（ｚ－ｚＫｙ?一－ｘ，）＊■?＋?（ｙ－＾）＇?＋?（ｚ－?ｚ，）＊?＝ｄＮ－ｄ］?＝ｃＡＴＮ］??１９??

?‘??圖２．４二維情況下的ＲＴＴＯＡ原理圖??由圖２．４知道，ＲＴＴＯＡ測量是由Ｅｒｏｂ在時間７；上啟動，并根據(jù)Ｅｒｏｂ的時間尺度７＾ｒｏＡ上??進(jìn)行測量，在７；時刻上，電磁波信號被ＡＰ所接收。設(shè)定Ｅｒｏｂ時間尺度與ＡＰ的時間尺度??７：＃不同，并具有恒定差值Ａ／，即７；＃?—；Ｔ＆（）Ａ＝Ａ？，則Ｅｒｏｂ與ＡＰ信號傳播距離為??４?２?＝?ｃ［（７Ｊ?＋?Ａ／）?－?％］?（２．８）??７；?＋表示相對于時間尺度的時間為７；，在相對于ＡＰ時間尺度的時間索引７；處，??另一個信號從ＡＰ發(fā)送回五。在時間點(diǎn)７；上，信號被Ｅｒｏｂ所接收，則傳播距離為??ｊ?＝?—?（Ｔ－，?＋?Ａ／）ｊ?（２．９）??若兩次電磁波信號傳輸?shù)膸缀涡螤畈蛔�，且信道具有互易性，則有，可得??ｄ?＝?ｄ２，?＝?ｄｉ?２?＝?＝Ｌｃ（Ｔｒ?＿Ｔｐ）?（２．１０）??由２．１０式可以看出
【參考文獻(xiàn)】

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1 張光明;;Compass納入GNSS運(yùn)行可行性探討[J];全球定位系統(tǒng);2009年02期

2 馬笑瀟,黎昱,黃席樾,朱雷,賀黛芳;基于顯著特征的指紋自動定位與匹配算法[J];計算機(jī)工程與應(yīng)用;2002年07期

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1 張明華;基于WLAN的室內(nèi)定位技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2009年

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本文編號：2885835