基于AOA和TDOA的无线传感器网络三维联合定位算法.pdf

山东大学
硕士学位论文
基于AOA和TDOA的无线传感器网络三维联合定位算法
姓名:于建水
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:陈涤
20090415
摘要无线传感器网络是指由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,能应用于军事国防、城市管理、医疗卫生、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多领域。定位技术是传感器网络的一项支撑技术,是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是传感器网络研究中的热点问题之一。本文介绍了无线传感器网络定位技术的基本概念和基本方法,说明无线传感器网络定位算法的评价指标、分类方法,然后分析总结几个现有的典型定位算法。本文深入研究了一种基于波的干涉的传感器节点角度测量算法,该算法要求在信标节点安装两个超声波发射机,未知节点只需要安装一个超声波接收机,而惴ㄒG笮疟杲诘惆沧耙桓龀ǚ⑸浠谖粗=诘惆沧傲礁龌蛄礁鲆陨的超声波接收机,由于信标节点是少量的,未知节点是大量的,所以该方法降低了硬件需求和能耗,但是该算法存在不能测量的死角。本文提出了它的一种改进算法,在信标节点安装两对性能参数相同的、互相垂直的、间距为的超声波发射机,当其中一对存在不能测量的死角时使用另一对进行角度测量。数学分析和仿真表明,解决了原算法的死角问题。现有定位算法大多数针对平面空间进行定位,而现实应用中的无线传感器网络节点往往分布在三维空间中,研究三维空间定位会更加符合实际节点的应用情况。针对无线传感器网络三维空间的精确定位,本文提出一种基于波的干涉的传感器角度测量偷酱锸奔洳娜ㄎ凰惴ǎ盟惴ㄊ褂萌鲂疟节点,利用獾玫拇ǜ衅鹘诘慵涞慕嵌群蚑獾玫木嗬胪频汲黾扑阄知节点坐标的公式。该算法首先利用基于波的干涉的传感器角度测量算法计算信标节点和未知节点间的角度,其次利用基于到达时间差的定位技术计算信标节点和未知节点问的距离,然后使用上述测褥角度和距离,根据本文推导出的公式精确计算出未知节点坐标。山东大学硕士学位论文
仿真结果表明,该算法复杂度较低,最少只需三个信标节点,算法精度较高,能够有效地估计三维空间中传感器节点的位置。关键词:无线传感器网络;三维定位;角度测量;到达时间差山东大学硕士学位论文
琲..甌.,琣猻瑄,,山东大学硕士学位论文琧、、,猟、.磁薿甋瑃甌.’,瑃
;籘篧;狣甒山东大学硕士学位论文..琣甦甌瓼.
—秚到达时间到达时间差到达角度超宽带技术山东大学硕士学位论文佰蹦—
论文作者签名:适盥导师签名:噬日孑吏水期:’之盟喝加呷⑾原创性声明关于学位论文使用授权的声明包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:期:文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑日,
第一章绪论研究背景并发送给观察剖。人们可以通过传感器网络直接感知客观世界,从而极大的扩弟一早珀计划一无线传感器网络,简称是指由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息,展现有网络的功能和人类认识世界的能力。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,能应用于军事国防、城市管理、医疗卫生、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多领域【。美国《商业周刊》和《际跗缆邸吩谠げ馕蠢捶展的报告中,分别将无线传感器网络列为世纪最有影响的项技术和改变世界的大技术之一【俊】。在美国,很多大学都己开展传感器网络的研究。加州大学伯克利分校研制的传感器系统、罕还惴旱赜糜诘湍芎无线传感器网络的研究和开发。麻省理工学院铝τ诨谥J兜男藕糯砑际酢9鸫笱芯传感器网络中通讯的理论基础等。美国国防预研局昴┖甏跸群筇岢龅摹***植际酱ǜ衅魍焙汀按ǜ衅餍畔⒓际跫苹有力地推动了传感器网络的理论和实现方法的研究,在网络传感器、网络技术和协同信号处理方法进展,并先后建立了几个实验平台,成功实现了利用声传感器网络