基于TOA測距的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自定位技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是指由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作的感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。其具有十分廣闊的應用前景，能應用于軍事國防、城市管理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、危險區(qū)域遠程控制等諸多領域。定位技術是傳感器網(wǎng)絡的一項支撐技術，是傳感器網(wǎng)絡進行目標識別、監(jiān)控、跟蹤等眾多應用的前提，也是傳感器網(wǎng)絡研究中的熱點問題之一。 本文

2、主要對一種基于TOA(Time OfArrival)測距的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自定位技術進行研究。將多頻連續(xù)波測距技術應用到傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位中，對傳統(tǒng)的采用多個正弦調制頻率進行測距的方法進行了改進，采用單個方波信號代替多個正弦調制頻率，根據(jù)方波信號頻譜分量豐富的特性，方波的各次諧波分量可作為多個正弦連續(xù)波來處理，從而實現(xiàn)單頻率調制信號完成多頻率測量的目的，降低了硬件設計的復雜度，減小了系統(tǒng)的功耗。采用直接數(shù)字合成技術(Direct Di

3、gital Synthesis，簡稱DDS)設計了無線測距信號源?？赏瑫r輸出頻率可調的正弦波和方波，輸出頻率范圍大致為0～20MHz。信號源采用微控制器控制，輸出頻率能方便快速的切換，具有很高的頻率準確度和穩(wěn)定度。采用ISM波段的芯片CC1100設計了用于收發(fā)測距信號的射頻前端，可以同時收發(fā)傳感器節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)和方波測距信號，通過設定不同的通信頻道，可實現(xiàn)點對多點的無干擾通信。以THS1209模數(shù)轉換器為核心實現(xiàn)了高速雙通道的同步數(shù)據(jù)

4、采集，能同時對發(fā)射信號和回波信號進行采樣，每個通道的轉換速度最高可達到4MSPS，轉換后的數(shù)據(jù)位數(shù)為12位，采樣精度為±1LSB。基于TMS320VC5402 DSP(Digital Signal：Processor)設計了數(shù)字檢相單元的硬件電路，采用C語言與匯編語言相結合的方法編寫了FFT(Fast Fourier Fransform)頻域分析法檢相程序。分析了數(shù)字信號處理中常用的窗函數(shù)的特性，選擇Hanning窗對采集到的發(fā)射信號和

5、回波信號進行處理，通過對數(shù)據(jù)加窗減小了頻譜分析時的能量泄漏。對加窗后的數(shù)據(jù)采用FFT算法計算出信號的離散傅立葉變換，得到發(fā)射信號和回波信號頻譜中基波分量和各次諧波分量功率譜的實部與虛部，再根據(jù)頻譜中相角的定義就可以計算出發(fā)射信號與回波信號的相位差。測量精度可達到±0.025rad。集成測距信號源、射頻前端、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字檢相等各功能單元，設計了測距系統(tǒng)的硬件平臺。 在對系統(tǒng)進行測試的過程中采用單元測試與系統(tǒng)測試相結合的方法，首先