WSN定位誤差分析及精度控制方法.pdf

1、近年來，對于小型無線移動(dòng)設(shè)備的定位得到了越來越多的關(guān)注。對WSN（Wireless Sensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)）的定位是其中一個(gè)分支。在WSN中，通常都存在一些為位置已知的節(jié)點(diǎn)，被稱為錨節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)為位置未知的普通節(jié)點(diǎn)。未知節(jié)點(diǎn)通過測量自身與通信范圍內(nèi)錨節(jié)點(diǎn)的距離或到達(dá)角等信息來得到自身位置。事實(shí)上，利用信號強(qiáng)度傳播模型，可以通過RSS（Received Signal Strength，接收信號強(qiáng)度）來估計(jì)出收發(fā)端

2、的距離?；赗SS的測距方法得到了廣泛的關(guān)注和研究，因?yàn)樗恍枰~外的硬件支持，且算法很簡單。但該系統(tǒng)存在兩個(gè)很大的問題。
　　1)由于無線信道快衰落和慢衰落的影響，基于RSS的測距精度很低。慢衰落即陰影衰落，它對于測距精度的影響已經(jīng)得到了廣泛的研究。而快衰落由多徑效應(yīng)引起，一般認(rèn)為可以通過多次測量取平均的方法來予以消除，所以很少有相應(yīng)的研究。但是，當(dāng)所要求的精度給定時(shí)，所需的測量次數(shù)依舊懸而未決。
　　2)該定位系統(tǒng)的定位

3、精度不止受到測距精度的影響，還與錨節(jié)點(diǎn)相對于未知節(jié)點(diǎn)的分布狀況有關(guān)。這就使得不同的節(jié)點(diǎn)的定位精度不同，有時(shí)甚至相差很大。一些節(jié)點(diǎn)的定位精度很高，而另外一些可能很低。這就使得整個(gè)系統(tǒng)可靠性很差、很不穩(wěn)定。
　　針對以上問題，本文主要完成了以下方面的工作：
　　1)對于測距問題，很重要的一個(gè)問題就是如何得到無線信道的參數(shù)。通過測量少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)的RSS值，再利用最小二乘法來估計(jì)所需參數(shù)。本文在實(shí)際環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，證明了該方法的有效

4、性和準(zhǔn)確性。
　　2)從理論上詳細(xì)地分析了快衰落對測距精度的影響。首先假設(shè)快衰落服從對數(shù)正態(tài)分布，推導(dǎo)出了原有的測距方法的誤差分布函數(shù)。理論分析表明該方法存在固有偏差，但通過一個(gè)很簡單的修正即可以變?yōu)闊o偏估計(jì)。為了證明該方法的性能，進(jìn)一步推導(dǎo)了基于RSS測距的CRLB（Cram′er-Rao Lower Bound，克拉美羅下限），即測距誤差的方差所能達(dá)到的最低程度。各個(gè)方面的論證都表明，測距誤差的方差與收發(fā)端距離的平方成正比。<

5、br>　　3)測距后即得到了一系列的方程組，本文通過線性迭代的方法進(jìn)行求解。通常使用最小二乘法，但在基于RSS測距的背景下，該方法可以被證明并非最優(yōu)。本文進(jìn)一步給出了最優(yōu)的迭代矩陣，以達(dá)到最小化定位誤差的目的。
　　4)為了解決系統(tǒng)的不穩(wěn)定性問題，本文定義了GDOP（Geographical Dilution of Precision，幾何精度因子），并基于此概念提出了APC（Automatic Precision Control