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

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡稱WSN)是由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點通過自組織的無線通訊方式,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)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息,完成連續(xù)的監(jiān)測、目標發(fā)現(xiàn)、位置識別等任務(wù),這些信息通過無線方式被發(fā)送,并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送到用戶終端,從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類

2、社會的連通。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前IT領(lǐng)域的一個研究熱點,而且傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個新興技術(shù),國內(nèi)與國際水平的差距并不很大,及時開展這項對人類未來生活影響深遠的前沿科技的研究,對整個國家的社會、經(jīng)濟將有重大的戰(zhàn)略意義。
　　 位置信息是傳感器節(jié)點采集數(shù)據(jù)中不可缺少的部分,沒有位置信息的監(jiān)測消息通常毫無意義。因此,定位技術(shù)是傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項支撐技術(shù),是傳感器網(wǎng)絡(luò)進行目標監(jiān)測、跟蹤、識別等眾多應(yīng)用的前提,也是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的熱點問題之一。

3、
　　 本文首先介紹了一種基于AOA的無線傳感器網(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,在信標節(jié)點附近安裝兩對性能參數(shù)完全相同的、互相垂直的、間距為2r的超聲波發(fā)射機,當其中一對發(fā)射機存在不能測量的死角時使用另一對進行角度測量,解決了原算法的死角問題。再引入了基于到達時間差(TDOA)的距離測量方法,提出了針對三維空間定位的聯(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,能夠有效地估計三維空間中傳

4、感器節(jié)點的位置。
　　 在對該定位算法的分析研究中發(fā)現(xiàn),原文缺少對兩個主要參數(shù)超聲波發(fā)射機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r和f'建立一個完整的實驗?zāi)Ｐ?分別詳細分析r和f'的取值對測量結(jié)果的影響。實驗結(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現(xiàn)傳感器節(jié)點的空間定位,驗證了算法的正確性。同時我們還發(fā)現(xiàn)不同的r和f'取值與測量誤差確實存在一定的關(guān)系,經(jīng)分析該誤差影響主要來

5、自于兩個方面:原算法公式推導(dǎo)中的誤差與待測節(jié)點干涉波強度周期測量的精確度。因此我們從這兩方面著手,利用公式推導(dǎo)和估算,得出了一個關(guān)于誤差值計算公式。最后經(jīng)過仿真實驗,驗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,在很多環(huán)境中對比超聲