無線傳感器網(wǎng)絡(luò)混合定位算法的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量人為部署的、造價(jià)低廉、體積小巧、功耗較低的傳感器節(jié)點(diǎn)所組成的，具有自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為一種新興的感知技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分廣闊，在軍事、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、智能交通、智能家居等諸多領(lǐng)域都已獲得廣泛應(yīng)用。而在這些應(yīng)用中，都有一類不可或缺的參數(shù)即傳感器節(jié)點(diǎn)的位置參數(shù)，脫離開位置信息，一切的監(jiān)測、監(jiān)控、目標(biāo)識(shí)別等都失去了意義。因此，如何獲得較高精度的傳感器節(jié)點(diǎn)位置參數(shù)，成為目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

2、　　傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常使用GPS裝置來獲取節(jié)點(diǎn)位置參數(shù)。該方法成本高，功耗大，而且定位精度、應(yīng)用環(huán)境都有較大局限性。因此，針對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的研究工作勢在必行。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，就是通過節(jié)點(diǎn)之間的通信，借助于特定的定位算法，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的精確定位。本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的基本概念和運(yùn)行流程，著重講解了目前采用的一些定位算法，并針對現(xiàn)行定位算法中常見的四類問題，提出解決方案。
　　（1）

3、錨節(jié)點(diǎn)自定位問題。傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)中，往往需要借助GPS或人工測量來事先獲取錨節(jié)點(diǎn)的位置信息，大大限制了該系統(tǒng)的適用范圍，也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對此，本文提出了錨節(jié)點(diǎn)自定位算法，利用少數(shù)已知位置的錨節(jié)點(diǎn)和錨節(jié)點(diǎn)上加裝的小型天線陣列，完成對其他錨節(jié)點(diǎn)位置信息的估計(jì)，實(shí)現(xiàn)錨節(jié)點(diǎn)的自定位。
　　（2）錨節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘不同步問題。限制基于TDOA的定位方法定位精度的最大一個(gè)因素就是錨節(jié)點(diǎn)之間時(shí)鐘不同步的問題。時(shí)鐘不同步則會(huì)導(dǎo)致由其計(jì)算

4、的TDOA信息由于標(biāo)稱不同而出現(xiàn)較大偏差，影響最終的定位結(jié)果。針對于此，本文提出了時(shí)鐘同步補(bǔ)償算法，借助于錨節(jié)點(diǎn)之間易于達(dá)到通視且可以互相通信這一特性，利用錨節(jié)點(diǎn)之間通信的TOA信息估計(jì)錨節(jié)點(diǎn)之間的相對頻偏和鐘差，并最終補(bǔ)償?shù)綐?biāo)簽和錨節(jié)點(diǎn)計(jì)算的TDOA信息中，完成錨節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘的校準(zhǔn)。
　?。?）節(jié)點(diǎn)非視距通信問題。節(jié)點(diǎn)之間存在非視距通信，則會(huì)導(dǎo)致該錨節(jié)點(diǎn)記錄的標(biāo)簽廣播信號到達(dá)時(shí)間信息出現(xiàn)偏差，影響系統(tǒng)定位精度。對此，本文提出了非視距

5、鑒別算法，借助于錨節(jié)點(diǎn)之間的通視關(guān)系，將錨節(jié)點(diǎn)之間信號收發(fā)記錄的多組 TDOA的統(tǒng)計(jì)均方差作為參考均方差；再利用非視距通信會(huì)導(dǎo)致信號TOA劇烈起伏這一特性，的將錨節(jié)點(diǎn)和標(biāo)簽之間TDOA信息的統(tǒng)計(jì)均方差與參考均方差進(jìn)行對比，以此判斷該組TDOA信息是否存在非視距情況，經(jīng)過多組篩選則可確定所有具有非視距通信情況的錨節(jié)點(diǎn)，并在最終定位中將這些節(jié)點(diǎn)記錄的到達(dá)時(shí)間信息剔除，達(dá)到抑制非視距的目的。
　　（4）單一TDOA定位算法復(fù)雜度高的問題

6、。由于超定非線性的TDOA定位方程組，無法獲取解析解，需要借助于迭代進(jìn)行求解，從而導(dǎo)致算法復(fù)雜度提升，功耗增加，且迭代過程不一定能夠收斂，初值也不好確定。本文針對于此，提出了結(jié)合 TDOA與 AOA的混合定位算法，將整個(gè)定位方程轉(zhuǎn)換為一個(gè)以錨節(jié)點(diǎn)和標(biāo)簽之間距離信息為未知數(shù)的一元二次方程求解，大大降低了系統(tǒng)算法復(fù)雜度及系統(tǒng)功耗，同時(shí)也減少了定位需求的錨節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。
　　仿真結(jié)果表明，本文提出的四類算法有效地解決了目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位