發(fā)布時間：2017-04-02 13:12

  本文關鍵詞：基于TOF測距的無線傳感器網(wǎng)絡定位技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡作為一種新興的信息感知和處理技術,廣泛應用于工農業(yè)生產、軍事偵查、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等領域,而這些所有應用的前提是必須知道節(jié)點的位置信息,否則節(jié)點采集的信息就失去了其應有的價值。節(jié)點的定位技術是無線傳感器網(wǎng)絡的重要關鍵技術。針對現(xiàn)有定位算法的計算量大、能耗大、定位精度低及穩(wěn)定性差等缺點,基于飛行時間(Time of Flight, TOF)測距技術,設計了兩種新型無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位算法,并分別對兩種定位算法進行仿真和實驗驗證。本文將測距和測角度相結合,設計了一種基于旋轉定向天線的定位算法。在分析TOF測距原理的基礎上,針對TOF測距方法存在的測距偏移現(xiàn)象,并且偏移量是隨環(huán)境變化而變化,設計了一種基于偏移量補償?shù)腡OF測距方法,首先通過在線建模求測距偏移量,然后利用偏移量對測距結果進行補償。為了提高定向天線測角精度,依據(jù)定向天線的波瓣圖,設計了一種基于曲線擬合的定向天線測角方法。最后將TOF測得的距離和定向天線測得的角度相結合得到未知節(jié)點的位置信息。實驗結果表明該定位算法的測距精度達到0.83m,測角精度達到1.65°,且最終的定位精度高達3.94%。本文通過大量仿真和實驗發(fā)現(xiàn)三邊測量定位算法的缺陷,在測距精度很高的情況下,時常會存在異常定位誤差,經過詳細分析及公式推導發(fā)現(xiàn)是三邊測量定位算法的錨節(jié)點布局產生了病態(tài)矩陣,最終導致了異常的定位誤差,因此本文設計了一種基于矩陣向量正交度的定位算法,該算法用矩陣向量正交度來衡量定位矩陣的病態(tài)程度,剔除病態(tài)程度大的錨節(jié)點布局,運用病態(tài)程度小的錨節(jié)點布局定位未知節(jié)點。實驗和仿真證明基于矩陣向量正交度的定位算法能有效克服三邊測量定位算法存在的異常值問題,相比于最近三邊測量定位算法,在錨節(jié)點布局合理的情況下,定位精度提高了4.95%,在錨節(jié)點布局不合理的情況下,定位精度提高了56.12%。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 定位算法 TOF測距 旋轉定向天線 矩陣向量正交度
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景和意義8-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 無需測距技術的定位算法10-11
• 1.2.2 基于測距技術的定位算法11-12
• 1.3 主要研究內容及論文結構12-14
• 2 無線傳感器網(wǎng)絡定位技術14-21
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡定位常用術語及性能評價指標14-15
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡定位常用測距技術15-17
• 2.3 測距技術分析17-18
• 2.4 基于測距技術的無線傳感器網(wǎng)絡定位算法18-20
• 2.4.1 三邊測量定位算法18-19
• 2.4.2 極大似然估計定位算法19-20
• 2.5 本章小節(jié)20-21
• 3 基于旋轉定向天線的定位算法21-35
• 3.1 基于偏移量補償?shù)腡OF測距方法21-24
• 3.1.1 TOF測距實驗21-23
• 3.1.2 基于偏移量補償?shù)腡OF測距方法設計23-24
• 3.2 基于曲線擬合的定向天線測角方法24-27
• 3.2.1 定向天線工作原理及測角方法24-25
• 3.2.2 定向天線測角實驗25-26
• 3.2.3 曲線擬合法求方位角26-27
• 3.3 組合定位算法設計27-29
• 3.4 算法實驗分析29-34
• 3.4.1 無線傳感器網(wǎng)絡實驗平臺搭建29-30
• 3.4.2 實驗結果分析30-34
• 3.5 本章小節(jié)34-35
• 4 基于矩陣向量正交度的定位算法35-55
• 4.1 問題引入35-37
• 4.2 定位誤差分析及矩陣向量正交度37-40
• 4.3 算法設計40-41
• 4.4 算法仿真分析41-49
• 4.4.1 仿真及結果分析41-46
• 4.4.2 矩陣向量正交度因素對算法的影響46-47
• 4.4.3 錨節(jié)點布局因素對算法的影響47-49
• 4.5 算法實驗分析49-53
• 4.5.1 無線傳感器網(wǎng)絡實驗平臺搭建49-50
• 4.5.2 實驗結果分析50-53
• 4.6 本章小結53-55
• 結論55-56
• 參考文獻56-61
• 附錄A 第三章實驗圖61-63
• 附錄B 第四章實驗圖63-64
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況64-65
• 致謝65-66

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