基于AOA和TDOA的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維定位算法的優(yōu)化.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱WSN)是由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的無(wú)線通訊方式,相互傳遞信息,協(xié)同地完成特定功能的智能專用網(wǎng)絡(luò),它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等,能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息,完成連續(xù)的監(jiān)測(cè)、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)、位置識(shí)別等任務(wù),這些信息通過(guò)無(wú)線方式被發(fā)送,并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端,從而實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界以及人類

2、社會(huì)的連通。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前IT領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn),而且傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)新興技術(shù),國(guó)內(nèi)與國(guó)際水平的差距并不很大,及時(shí)開展這項(xiàng)對(duì)人類未來(lái)生活影響深遠(yuǎn)的前沿科技的研究,對(duì)整個(gè)國(guó)家的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)將有重大的戰(zhàn)略意義。
　　 位置信息是傳感器節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)中不可缺少的部分,沒(méi)有位置信息的監(jiān)測(cè)消息通常毫無(wú)意義。因此,定位技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項(xiàng)支撐技術(shù),是傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)監(jiān)測(cè)、跟蹤、識(shí)別等眾多應(yīng)用的前提,也是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

3、
　　 本文首先介紹了一種基于AOA的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維聯(lián)合定位算法,該算法是在典型的AOA算法基礎(chǔ)上做了改良,在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)附近安裝兩對(duì)性能參數(shù)完全相同的、互相垂直的、間距為2r的超聲波發(fā)射機(jī),當(dāng)其中一對(duì)發(fā)射機(jī)存在不能測(cè)量的死角時(shí)使用另一對(duì)進(jìn)行角度測(cè)量,解決了原算法的死角問(wèn)題。再引入了基于到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的距離測(cè)量方法,提出了針對(duì)三維空間定位的聯(lián)合定位算法,分析證明,本算法復(fù)雜度較低,算法精度較高,能夠有效地估計(jì)三維空間中傳

4、感器節(jié)點(diǎn)的位置。
　　 在對(duì)該定位算法的分析研究中發(fā)現(xiàn),原文缺少對(duì)兩個(gè)主要參數(shù)超聲波發(fā)射機(jī)r和超聲波頻率變化范圍f'的研究。本文在仿真軟件Matlab上針對(duì)r和f'建立一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?分別詳細(xì)分析r和f'的取值對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在滿足死角條件下,r和f'的任何取值下該算法都能夠精確的實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的空間定位,驗(yàn)證了算法的正確性。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)不同的r和f'取值與測(cè)量誤差確實(shí)存在一定的關(guān)系,經(jīng)分析該誤差影響主要來(lái)

5、自于兩個(gè)方面:原算法公式推導(dǎo)中的誤差與待測(cè)節(jié)點(diǎn)干涉波強(qiáng)度周期測(cè)量的精確度。因此我們從這兩方面著手,利用公式推導(dǎo)和估算,得出了一個(gè)關(guān)于誤差值計(jì)算公式。最后經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該公式的正確性,并給出了一組定位算法的最佳參數(shù)值。
　　 本文還探討了使用電磁波取代超聲波在本算法中應(yīng)用的可能性。電磁波相比超聲波在生活中更加常見,它具有更寬的頻率范圍、不需介質(zhì)就能傳播、不像超聲波容易受到環(huán)境、氣溫等外部因素的干擾等優(yōu)點(diǎn),在很多環(huán)境中對(duì)比超聲