基本信息
- 项目名称：
- 基于自组织网络的快捷实时定位系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 基于自组织网络的快捷实时定位系统是一种使用chirp信号测距，不依赖任何外部设施，仅凭各定位节点间的测距信息交换即可达到大规模实时定位及定位信息共享的全新定位系统。
- 详细介绍：
- 基于自组织网络的快捷实时定位系统是一种使用chirp信号测距，不依赖任何外部设施，仅凭各定位节点间的测距信息交换即可达到大规模实时定位及定位信息共享的全新定位系统。 本作品具有大规模定位范围、高精度、抗干扰、抗频偏、低功耗等特性。 创新点一：无线自组织网络 本系统无需卫星信号、网络布置或固定参考节点等外部设施的配合，仅靠各节点间的测距信息即可获得所有节点位置信息， 做到了真正意义上的“无线自组织网络”。 创新点二：群体协同优势 单个节点可直接获取其他节点位置信息，不需要外部服务器的处理，真正做到定位信息透明化，同时各节点可进行一定量的数据传输，有利于各定位节点间的相互协调与配合，对群体基于位置的协调合作具有重要应用价值。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：为了解决在情况不明、环境复杂的场所（如室内火场、地震废墟等）对移动人员、物资的实时定位需求，本项目小组从“自组织网络”的理念出发，发明了一种不依赖任何外部设施，仅凭各定位节点间的测距信息交换即可达到大规模实时定位及定位信息共享的全新定位系统。 基本思路：一、测距并进行测距结果误差最小化处理：参与测距的两节点均对2.4GHz的Chirp信号进行匹配滤波，通过检测相邻两个峰值之间的时间差可以得到距离信息。 二、利用节点间的距离信息进行精准定位：在不考虑翻转时，任意已知三边变长的三角形都是唯一确定且可解的。因此，在已知任意两节点距离的情况下可以获得所有节点的相对位置信息，并且可以通过坐标转换在任意坐标系中显示。 创新点： 不同于传统定位系统如卫星定位、有源RFID定位等定位系统，本作品不需要外部设施配合，仅靠各节点间利用无线Chirp信号所得测距信息即可获得节点分布情况，做到了真正意义上的“无线自组织网络”，同时单个节点可直接获取其他节点位置信息而不需要第三方协调。 技术关键： 1、宽带线性调频扩频（CSS）无线测距系统 2、测距波段的频分复用 3、高效无锚节点定位算法 主要技术指标: 频率范围：2.4 GHz - 2.4835 GHz 定位范围：半径100米以上 测距精度：1米 定位精度：3米 节点规模：大规模并行节点可超过1000个 功耗：1500mAh 可连续工作48小时 Chirp信号使用国际标准802.15.4a
科学性、先进性
- 实时定位系统(Real-Time Location Systems, RTLS)是利用无线通讯技术，在指定的空间范围内，实时的或者接近实时的将特定目标定位的系统。 一、本作品抛弃了传统的定位方式，不需要在定位环境周围布置固定参考节点，可在室内外中小范围复杂环境中直接使用，拓展了现有实时定位系统的应用场合。尤其在面对突发情况时，本作品优势显而易见。 二、选取作战状态下最适宜的测距技术——Chirp扩频技术，利用其抗干扰能力强、抗频偏能力强、抗多径能力强和发射功率低等优点进行快速精准测距。同时利用Chirp信号的频域扩展，达到测距高保密性。 三、基于改进的卡尔曼滤波方法对距离信息进行滤波，有效减小了测距误差对定位的影响，减少冗余信息，精简了测距系统。 四、自主开发了一系列无锚节点的无锚节点定位算法：三点法、三点法back-kill修正、蛋糕算法、缩影锚定法。 五、所有运算在各手持节点上并行进行，效率更高，且不需要PC终端，具有良好的移植性。
获奖情况及鉴定结果
- 浙江大学第十二届挑战杯校赛三等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 例如火灾中，消防员进入火场时每人持一个节点设备，在浓烟中可通过看显示屏上各节点的分布情况了解同伴位置，火灾指挥员亦可根据消防员分布情况给特定人员发送指挥信息，进行抢险指挥。 技术特点和优势： 与同类型装置相比，例如室内RTLS（Real time location system, 实时定位系统），本作品最大的价值在于其不需要已知坐标的固定节点来帮助测距，除去了提前布置固定节点的繁琐工作，精简了系统，具有高机动性，在定位单位数量较大时仍能正常工作，误差小。在无外界参考的状况下，组成区域网络，完成协同工作。 应用范围： 十分适合野外高复杂度环境，卫星停用和强干扰也很难干扰到本装置的工作。可以在应用于突发情况如抢险救灾中的人员协同及其他情况下的大量人员定位、物资定位，车队定位，船舶等定位。 经济效应预测：由于本作品具有大规模定位范围、高精度、抗干扰、抗频偏、低功耗等特性。在市场同类产品中性能优越，价格适中，具有很大的发展前景。
同类课题研究水平概述
- 一、概述 RTLS即 Real Time Location Systems的简称，实时定位系统。 实时定位系统是利用无线通讯技术，在指定的空间范围内，实时的或者接近实时的将特定目标定位的系统。RTLS是一种基于信号的无线电定位手段，可以采用主动式，或者被动感应式。其中主动式分为AOA（到达角度定位）以及TDOA（到达时间差定位），如UWB定位；这种技术手段的特点是定位精度高，不易受干扰；被动感应式采用基于信号强度的方法进行位置解算，如RFID，Zigbee等。这种定位方式容易受到金属物等障碍物的影响，从而出现偏差。一般用于物流供应链、配送中心、工业环节等领域的物品追踪管理， 二、户外定位：主要代表技术为GPS全球定位系统，利用24颗卫星同时发送信号包，利用信号时间差计算物体位置，其精确度会受天气影响，误差约在10米内。技术限制：GPS最大的限制在于必须要与卫星系统保持视线可及的环境，如果在室内或建筑物中，由于无线信号无法与客户端设备直接传递，就无法达到定位的准确度，甚至失效。因此如果要将全球定位系统使用于室内定位，必须花费昂贵的成本。 三、室内定位：室内定位有几种不同的技术发展，如上述的GPS全球定位系统、红外线定位技术、射频定位技术及射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）定位系统。 其中利用RFID射频识别技术应用在室内定位，利用无线网络架构，先将平面空间画分成许多个子空间。在系统架设阶段时，需要测量在不同位置、不同方向所接收到不同RFID读取器的信号，并根据各个信号的强度建立无线电索引地图。系统架设完成后，系统定位用户便可从RFID读取器所接收到的用户信号强度与无线电索引地图做比对运算，来迅速完成用户的定位标记。 现阶段国内外研究发展的RTLS应用，大量是基于固定锚节点设置的RFID应用，多是物流供应链在货箱或栈板上贴用被动式RFID标签，读取距离多数在两三米。又如在医院病患识别的应用，是在病患手上配戴被动式RFID手环，医护人员以读取器近距离感应，通常是在十厘米以内。由于线电波传输过程会因为环境所存在的介质，这会对信号接收造成不同程度的干扰。如待识别的人体带有水份，是RFID信号无法在较远距离，有效读取人员识别ID的原因。
