基于AOA和TDOA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維聯(lián)合定位算法.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，能應(yīng)用于軍事國防、城市管理、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等諸多領(lǐng)域。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)識(shí)別、監(jiān)控、跟蹤等眾多應(yīng)用的前提，也是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的熱點(diǎn)問題之一。

2、 本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)的基本概念和基本方法，說明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的評(píng)價(jià)指標(biāo)、分類方法，然后分析總結(jié)幾個(gè)現(xiàn)有的典型定位算法。本文深入研究了一種基于波的干涉的傳感器節(jié)點(diǎn)角度測量算法，該算法要求在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)安裝兩個(gè)超聲波發(fā)射機(jī)，未知節(jié)點(diǎn)只需要安裝一個(gè)超聲波接收機(jī)，而AOA算法要求信標(biāo)節(jié)點(diǎn)安裝一個(gè)超聲波發(fā)射機(jī)，在未知節(jié)點(diǎn)安裝兩個(gè)或兩個(gè)以上的超聲波接收機(jī)，由于信標(biāo)節(jié)點(diǎn)是少量的，未知節(jié)點(diǎn)是大量的，所以該方法降低了硬件需求和能耗

3、，但是該算法存在不能測量的死角。本文提出了它的一種改進(jìn)算法，在信標(biāo)節(jié)點(diǎn)安裝兩對性能參數(shù)相同的、互相垂直的、間距為2r的超聲波發(fā)射機(jī)，當(dāng)其中一對存在不能測量的死角時(shí)使用另一對進(jìn)行角度測量。數(shù)學(xué)分析和仿真表明，解決了原算法的死角問題。 現(xiàn)有定位算法大多數(shù)針對平面空間進(jìn)行定位，而現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)往往分布在三維空間中，研究三維空間定位會(huì)更加符合實(shí)際節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用情況。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維空間的精確定位，本文提出一種基于波的干

4、涉的傳感器角度測量（AOA）和到達(dá)時(shí)間差（TDOA）的三維定位算法，該算法使用三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，利用AOA測得的傳感器節(jié)點(diǎn)間的角度和TDOA測得的距離推導(dǎo)出計(jì)算未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的公式。該算法首先利用基于波的干涉的傳感器角度測量算法計(jì)算信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)間的角度，其次利用基于到達(dá)時(shí)間差的定位技術(shù)計(jì)算信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和未知節(jié)點(diǎn)間的距離，然后使用上述測德角度和距離，根據(jù)本文推導(dǎo)出的公式精確計(jì)算出未知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。 仿真結(jié)果表明，該算法復(fù)雜度較低，最少只需