基于双麦克风阵列的节点定位方法研究

摘要

随着无线传感网的不断发展进步，无线传感网定位问题是目前研究的一个热门课题。节点定位又是无线传感网定位问题中的一个重要分支，它为目标定位提供前提条件，节点的定位精度对目标定位结果起着非常重要的作用。
　　目前，无线传感网中虽有很多种节点定位算法，但因功耗、成本和硬件条件的限制，在很多场景无法应用。(1)基于GPS的定位方案由于建筑物的干扰，在室内和建筑物密集的室外定位效果不理想。(2)基于TOA和TDOA的传统节点定位方案，对误差比较敏感，往往很小的误差会导致定位结果很大的误差。(3)针对复杂的室内外环境，传统的基于声音的节点定位方案面临很大的挑战。本文提出两种基于双麦克节点定位算法。一种基于外部驱动事件的节点定位方案(External Event-Driven Based Localization,ED)，当声音事件对无线传感器节点进行扫描的时候，节点会得到节点序列和二进制序列，通过序列处理来进行确定节点位置和朝向，每个节点有很多序列与之相关，拥有很好的容错性。一种基于内部驱动事件的节点定位方案(Internal Event-Driven BasedLocalization，IEDL)，利用传感节点上有扬声器和双麦克风的特点，不仅可以检测声音信号，同时也可以发出声音信号用作驱动事件。采用测距的方案来进行定位，同时引进节点位置和朝向之间的关系来进行迭代，实现更一步精确定位的目的。
　　通过分析、仿真和实测实验，本文提出的IEDL方案与其他节点定位方法相比，该方法具有很好的定位精度，同时拥有很好的鲁棒性和容错性。在开阔的、有噪声的室内环境中，该算法依旧能正常工作且具有很好的定位精度，充分说明了IEDL的实用性和有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 无线传感网节点定位研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究工作和组织结构

2 无线传感器网络节点定位方案研究

2．1 无线传感网节点定位简介

2．2 基于测距的定位方法

2．2．1 基于到达时间的定位方法

2．2．2 基于到达时间差的定位方法

2．2．3 基于接收信号强度的定位方法

2．2．4 基于角度到达测量的定位方法

2．3 基于非测距的定位方法

2．3．1 DV-HOP算法

2．3．2 APIT算法

2．4 本章小结

3 外部事件驱动定位算法

3．1 系统概述

3．2 确定节点位置

3．3 确定节点朝向

3．3．1 二进制数据获取

3．3．2 角度估计

3．4 本章小结

4 基于内部事件驱动的定位算法

4．1 IEDL系统概述

4．2 IEDL系统设计

4．2．1 粗略确定节点位置

4．2．2 粗略确定节点朝向范围

4．2．3 精确定位过程

4．3 IEDL系统性能分析

4．4 本章小结

5 仿真和实测实验

5．1 仿真实验与分析

5．1．1 仿真工具及参数配置

5．1．2 锚节点个数对定位结果的影响

5．1．3 目标节点个数对定位结果的影响

5．1．4 扫描次数对定位结果的影响

5．2 实测实验设计与结果分析

5．2．1 实测系统介绍

5．2．2 实测结果分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢