基于位姿评估的无线传感器网络自主移动节点定位技术研究

《基于位姿评估的无线传感器网络自主移动节点定位技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、可得节点D的坐标为：瓜i再而=d。瓜i再丽=吃妊i再而=吃(2。1)蛩Y虼．-一鼍Yc)』)7～lI《X2a一《+菇一鬈2十吱2一露222](2．2)2(虼一鼍列l《一《+菇一鬈十吱一露jp一7Ak，虼)B如，乃)图2．1三边测量法c(乙，咒)2．1．2三角测量法如图2．2所示，已知A，B，C三个节点的坐标分别为(茏，咒)，(xb，Yb)，(苁，Yc)，节点D相对于节点A，B，C的角度分别是：／_ADB，ZADC，ZBDC，假设D的坐标分别为b，YO对于节点A，c和角ZADC，如果弧AC在AABC内，那么能够惟一确定一个弱，对圆心为铗k，，勤，)，半径为I，那么a=／-a0

2、1c=f2万一2ZADC)，并存在下列公式：抵■哥可i订=吒瓜i哥可i可=尹(2．3)k—心)2+(乩一咒)2=2，i2—2，i2COS蠢上式可以确定圆心qXOl，Y01)点的坐标和半径毛。圊理对A，B，／_ADB黍JB，C，么肋e分别确定圆心D2k：，Yo：)，半径吃，圆心gk，，Yo，)，半径吩。6、1，、l，‘‘一％荡，J●、，l≮2p。．．．．．．．．．．。L=1●●●●』X》、—．．．．．．．．。．．。L最后利用三边测量法，由点01，02，03确定D的坐标。A图2。2三角测量法e2．1．3极大似然估计法如图2．3所示，咒个信标节点豹坐标分别为k，Y，)，沁，Y2)

3、，⋯，(％，Y。)，它们到节点D的距离分别为破，d：，⋯，吱，假设节点D的坐标为b，Y)。那么存在下列公式：f(鼍一善r+《魏一y)2=砰jil(Xn-X)2+(羹一y)2：矗：(2．4)使用标准的最小均方差估计方法可以得到节点D的坐标为：曼：(ArA)-1Ar易f2如一蕞)式中A=I；12(钿一蕞)72l，～《弋一2n2《oh+东《一．一砰噍q协《％《矗政9．一，；一●＆糖(x1．y1)(Xrt。yn)(x3。y3)图2．3极大似然估计法2．2基于距离的定位技术在基于距离的定位中，测量节点间距离或者方位时采用的方法有RSSI[221，TOAt矧，TDOA[矧或者AOA[2

4、51等。其中RSSI方式是使用褥最多。2．2．1基于RSSI的定位在基于接收信号强度指示RSSI的定位技术中，发射节点的发射信号强度已知，接收节点测量收到信号的强度，计算信号的传播损耗，然后利用理论或者经验模型将传输损耗转亿为距离，最后幂

5、j用已有的算法计算出节赢的位置。RSSI方式虽然符合低功率、低成本的要求，但相应精度也较低。RADAR[22j是一个基于RSSI技术的室内定位系统，用以确定目标节点在楼层内的位置。在这个系统中，未知节点定期发射信号，发射功率预先知道，基站接收到信号后测得其接收功率，从而可以计算出信号的传播损耗，然后利用信号传播模型来计算发射节点的位置。将

6、射频信号强度转化为距离所用到的信号传播模型有两种：经验模型和理论模型。经验模型是指建立一个位置和信号功率的关系数据库。其方法是，在室内选取一定数量的测试点，发射节点在这些点上发射信号，记录下各基站接收到的信号功率，实际定位的时候将测得的信号功率和数据库中的信号功率进行比较，以～定模式选出匹配程度最好的那个信号功率组对应的位置作为节点位置。理论模型即信号衰减与传播距离之间的关系式如下：删，cdBm]=P(do)[dBm]-10nlog时{发群2旋喜c仁5，矸矽表示基站接收信号功率，e(do)表示参考节点发射的信号功率，n表示路径长度和路径损耗的比率，如表示参考节点和基站之间的

7、距离，nW表示节点和基站之间的墙壁个数，C表示信号穿过墙壁个数的阂值，WAF表示信号穿过墙壁的衰减因子，d表示未知节点和基站之间的距离。基站在测得接收信号功率后利用这个模型就可以计算出未知节点和基站的距离，当计算出节点与三个或三个以上基站的距离后，利用三边测量法计算节点的位置。利用理论模型计算节点位置的方法精度比前一种方法差，因为在实际环境中各种因素的不确定性导致了理论模型往往与实际情况相差很远。有很多文献对这个方面作了研究，文献‘矧中SPOTON定位系统利用的信号衰减模型结合了理论模型(1／r2)$tl实际环境。文献‘堋中LANDMARC定位系统和文献‘2研中提出的Fer

8、ret系统则对信号衰减模型进行动态校准，通过这种方法尽管能够提高定位精度，但需要在网络中布置大量额外的接收节点，增加了网络配置的成本。2．2．2基于TOA的定位在基于到达时间TOA的定位机制中，已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点间的距离，然后利用已有算法计算出节点的位置。例如可以采用噪声序列产生声波信号，然后利雳声波的传播时间来测量节点闻的距度。与无线射频信号相比，声波对节点硬件的成本和复杂度的要求都低，但是容易受到大气条件的影响。基于TOA的定位精度高，但需要节点间精确的时间同步，无法用于松散耦合型