精确打击效能评估系统中WSN节点定位问题研究

摘要

无线传感器网络(WSN)在军事国防、环境检测、医疗卫生等许多领域都具有广泛的应用前景。对于大多数应用，不知道传感器位置而感知的数据是没有意义的，确定传感器节点自身位置和确定事件发生的位置是无线传感器网络的基本功能，前者是后者的基础。因此，节点自身定位问题研究是WSN热门研究领域之一。 目前，我军对地攻击弹着点检测评估主要采用人工报靶方法，该方法人力消耗大，时效性差，精度低，已远远不能满足现代化科技练兵的实际需要。为提高我军现代化作战水平，迎合现代化、科技化战争的需求，精确打击效能评估系统应运而生，它主要利用无线传感器网络来实现对弹着点的定位。其中传感器节点的自身定位是弹着点定位的前提和基础。 本论文的研究工作主要是精确打击效能评估系统中WSN节点定位问题的研究。主要工作包括： 1.对现有的典型定位算法进行比较和总结，基于距离(Range Based)定位算法定位精度高，但依赖于硬件，距离无关(Range Free)定位算法无需测量节点间的距离或方位，降低了对节点硬件的要求，使得节点成本更适合于大规模传感器网络，但定位精度相应有所降低； 2.该项目是一个军队项目，对定位精度要求较高，因此，结合项目实际，详细分析各种基于距离(Range Based)定位算法的核心思想及其优缺点，在此基础上，将Robust算法先得到未知节点的粗略估算，再进一步求精以及Euclidean算法把用于定位的锚节点由一跳扩展到两跳思想结合起来，并引入循环迭代等多种有益思想，设计一种新的定位算法Robust-Euclidean算法； 3.用c++语言在BCB平台下开发算法的仿真程序，对算法进行仿真实验，结果显示在100m×100m场地，未知节点为200，锚节点数量为25，测距误差为10％时，Robust-Euclidean算法的平均定位误差约为8％，达到了设计要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2课题的提出

1.3研究内容和论文结构

第二章基于无线传感器网络的精确打击效能评估系统

2.1需求分析

2.1.1系统功能

2.1.2技术指标

2.2方案可行性和先进性分析

2.3系统构成

2.4研究内容

2.4.1目标定位算法

2.4.2自身定位算法

2.4.3路由协议

2.5应用前景

第三章无线传感器网络概述

3.1无线传感器网络的概念

3.2无线传感器网络的通信结构

3.3无线传感器网络的通信协议栈

3.4无线传感器网络的特点和挑战

3.5无线传感器网络的性能评价

3.6无线传感器网络的研究现状

3.7本章小结

第四章无线传感器网络定位问题综述

4.1基本概念和术语

4.2计算节点位置的基本方法

4.2.1节点间距离(或角度)的测量方法

4.2.2计算节点位置的基本方法

4.3无线传感器网络自身定位系统和算法的性能评价

4.4无线传感器网络自身定位系统和算法的分类

4.4.1物理定位与符号定位

4.4.2绝对定位与相对定位

4.4.3紧密耦合与松散耦合

4.4.4集中式计算与分布式计算

4.4.5基于测距技术的定位和无需测距技术的定位

4.4.6粗粒度与细粒度

4.4.7三角测量、场景分析和接近度定位

4.5典型的自身定位算法概述

4.5.1基于距离(Range Based)的定位算法

4.5.2距离无关(Range Free)的定位算法

4.5.3 Range Based和Range Free相结合的定位算法

4.6小结

第五章一种新的节点自身定位算法Robust-Euclidean算法

5.1 Robust-Euclidean算法的提出

5.2 Robust-Euclidean算法

5.2.1初始化

5.2.2计算到2跳锚节点距离

5.2.3 Bounding Box获得初始位置估计

5.2.4位置求精

5.2.5循环迭代

5.2.6协作式定位

5.3 Robust-Euclidean算法的仿真及结果分析

5.3.1 Robust-Euclidean算法性能分析

5.3.2与Euclidean、Robust算法的性能比较

5.4小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及科研情况