無線傳感器網絡混合定位算法的研究與設計.pdf

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

2、　　傳統(tǒng)的傳感器網絡中，通常使用GPS裝置來獲取節(jié)點位置參數(shù)。該方法成本高，功耗大，而且定位精度、應用環(huán)境都有較大局限性。因此，針對于無線傳感器網絡定位技術的研究工作勢在必行。
　　無線傳感器網絡定位技術，就是通過節(jié)點之間的通信，借助于特定的定位算法，實現(xiàn)對目標節(jié)點的精確定位。本文介紹了無線傳感器網絡定位技術的基本概念和運行流程，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。
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3、錨節(jié)點自定位問題。傳統(tǒng)無線傳感器網絡定位系統(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)點自定位算法，利用少數(shù)已知位置的錨節(jié)點和錨節(jié)點上加裝的小型天線陣列，完成對其他錨節(jié)點位置信息的估計，實現(xiàn)錨節(jié)點的自定位。
　?。?）錨節(jié)點時鐘不同步問題。限制基于TDOA的定位方法定位精度的最大一個因素就是錨節(jié)點之間時鐘不同步的問題。時鐘不同步則會導致由其計算

4、的TDOA信息由于標稱不同而出現(xiàn)較大偏差，影響最終的定位結果。針對于此，本文提出了時鐘同步補償算法，借助于錨節(jié)點之間易于達到通視且可以互相通信這一特性，利用錨節(jié)點之間通信的TOA信息估計錨節(jié)點之間的相對頻偏和鐘差，并最終補償?shù)綐撕灪湾^節(jié)點計算的TDOA信息中，完成錨節(jié)點時鐘的校準。
　　（3）節(jié)點非視距通信問題。節(jié)點之間存在非視距通信，則會導致該錨節(jié)點記錄的標簽廣播信號到達時間信息出現(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)點之間的通視關系，將錨節(jié)點之間信號收發(fā)記錄的多組 TDOA的統(tǒng)計均方差作為參考均方差；再利用非視距通信會導致信號TOA劇烈起伏這一特性，的將錨節(jié)點和標簽之間TDOA信息的統(tǒng)計均方差與參考均方差進行對比，以此判斷該組TDOA信息是否存在非視距情況，經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，并在最終定位中將這些節(jié)點記錄的到達時間信息剔除，達到抑制非視距的目的。
　　（4）單一TDOA定位算法復雜度高的問題

6、。由于超定非線性的TDOA定位方程組，無法獲取解析解，需要借助于迭代進行求解，從而導致算法復雜度提升，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，提出了結合 TDOA與 AOA的混合定位算法，將整個定位方程轉換為一個以錨節(jié)點和標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)算法復雜度及系統(tǒng)功耗，同時也減少了定位需求的錨節(jié)點個數(shù)。
　　仿真結果表明，本文提出的四類算法有效地解決了目前無線傳感器網絡定位