基于TDOA的超声波室内定位系统的设计与实现

设计并实现了一种基于射频与超声波信号到达时间差的高精度室内定位系统,用于无线传感器网络中节点的定位和跟踪。系统中位置固定的信标节点周期性同步发射射频信号与超声波脉冲,待定位的移动节点测量接收到的射频和超声波信号的到达时间差,并将此数据采用分时的方式发送至中心控制主机。中心控制主机应用实验中得出的时间补偿参数,计算移动节点与信标节点之间的距离,最后采用极大似然估计算法实现目标的定位。实验结果表明,该系统的平均定位误差在10 cm以内,具有较高的定位精度。     

基于超声波技术的3D定位系统研制

精确的位置信息是B3G移动通信系统实现普适计算功能的要求,提供位置信息的系统必须是低成本、低电子复杂性、放置方便和多目标定位的;系统由中心节点、超声波接收传感器节点和超声波发射信标节点通过无线通信链路构成定位网络;信标节点和多个传感器节点在中心节点通过无线通信链路的协同下分别测出超声波在它们之间的视距传播时间,进而依据已知的传感器节点位置和声速,利用最小二乘法计算出信标节点的位置;给出了本定位系统的组成框架、定位算法、基于nRF2401无线收发模块建立无线通信链路的MAC协议和超声波收发时间差的修正方案;本定位系统达到了设计目标,实验结果表明定位精度也满足应用要求.     

一种分布式无线传感器网络节点定位算法

基于接收信号强度(RSSl)的无线传感器网络节点定位算法由于无需额外测距硬件的支持而受到广泛的应用.但无线信号传输受到环境的影响,使得基于RSSI的定位算法存在较大的定位误差.针对上述不足提出了一种基于概率的无线传感器网络节点定位方法.首先根据信标节点发送信号强度与未知节点接收信号强度差来计算未知节点到其一跳范围内所有信标节点的估计距离,然后根据这些估计距离,通过计算未知节点在某个位置概率密度函数的最大值来确定未知节点自身的位置坐标.通过仿真表明,该方法在较低的信标节点密度和节点通信半径条件下,具有较高的节点定位精度和定位覆盖率.     

基于相位差测距的RFID室内定位系统设计

针对当前室内定位的广泛需求及传统室内定位技术的缺陷,设计了一种基于相位差测距的射频识别(RFID)室内定位系统.系统主要由RFID阅读器、电子标签、STM32模块组成,3个电子标签固定在特定位置作为信标节点,1个RFID阅读器作为移动节点发射与接收超高频信号,STM32模块根据测得的相位差计算相应的距离,并利用改进后的三边定位法,确定阅读器的位置.在实验室对进行了设计并测试,结果表明:该系统能很好地完成定位功能,定位精度达到厘米(cm)级,可满足众多领域的应用需求.     

基于WSN的定位系统研究

该文介绍了一种基于无线传感器网络(WSN)的定位系统设计方案。定位节点采用ZigBee协议;提出采用基于RSSI的改进三边测量法实现节点定位;并结合优选信标节点的方法提高定位精度。最后,该文给出了系统的硬件结构及软件设计的方案。     

基于分布式信誉评价的低能耗安全定位算法

针对无线传感器网络中节点安全定位和能耗问题,提出了一种基于分布式信誉评价的低能耗安全定位算法。该算法引入簇头节点中可靠节点表(TNT)和备份簇头节点的概念,通过查找TNT快速定位可靠信标节点,并且备份簇头节点协助、监督簇头节点,减轻簇头节点的工作负荷,且参与信标节点信誉值整合过程,增强了信标节点的可靠性和完整性,提高了节点定位的效率和安全性,降低了系统能耗,提高了恶意节点检测率。仿真实验表明,在恶意节点存在的环境中,该算法能有效提高恶意节点的检测率,减少定位误差,削弱恶意节点对定位系统的破坏和影响,实现节点的安全定位。     

基于相位叠加的Cricket系统信标节点识别方法

对于Cricket室内超声波定位系统,能否正确识别不同信标节点发射的信号对接收器的定位至关重要。本文根据压电陶瓷的振动机制和声波在空气中的传播特性,推导出超声波发射器和接收器的振动方程,提出了一种基于超声驱动信号相位叠加的方法识别不同信标节点发出的超声信号。从原理验证、软件仿真、实验验证三个方面证明了叠加识别法可以有效地识别Cricket系统中不同的信标节点。     

基于超声波和TDOA的无线传感器网络高精度定位方法

提出了基于超声波与射频信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的无线传感器网络节点定位方法。采用基于簇的分层网络拓扑结构,使用信标节点作为簇头,设计实现了动态簇头自动选取算法,提高了定位算法的快速响应性,并通过误差补偿和软件鲁棒性设计,提高了系统的定位精度。基于AVR单片机和CC1100射频芯片完成了无线传感器网络中移动节点、信标节点和汇聚节点的硬件设计与实现。实验数据表明本文设计的无线传感器网络定位系统的定位精度在30cm之内,并且定位算法具有较好的时间响应性,移动节点的最大速度可以达到11.5m/s。     

基于功率控制的无线传感器网络定位算法

针对无线传感器网络自身定位问题,提出了一种基于功率控制的定位算法(PCLA),算法通过计算信号覆盖区域的交叉点重心确定节点位置.在算法中,每个信标节点广播不同功率等级的无线信号信息,且节点之间不需要严格的时间同步和相互协作.传感器节点只是简单的接收并保存信标节点传播的有用信息,不需要和邻居节点进行信息交换,复杂的计算由汇聚节点完成,减少了节点的能量消耗,延长了网络寿命.最后仿真结果表明了该算法的有效性.     

基于聚类分析优化的距离修正室内定位算法

基于接收信号强度RSSI的定位系统易受环境影响,提出一种基于聚类算法分析的高斯混合滤波的RSSI信号处理优化策略,通过优化接收信号强度及距离修正的四边质心定位算法对未知节点进行精确室内定位,使用蓝牙4.0信标节点进行实地实验。实验结果表明,该算法可以有效提高测距精度,改善系统的定位精度,比传统加权质心算法的定位精度提高了34.6%,且定位平均误差不超过0.5m,可满足室内定位精度要求。     

跳数加权DV-Hop定位算法

针对DV-Hop定位算法中距离估计误差对定位结果的影响,提出了一种信标节点优选方案和跳数加权DV-Hop定位算法。首先通过设定跳数阈值,保留跳数较少的信标节点,然后剔除近似在一条直线上的信标节点,完成信标节点优选,避免未知节点无法定位的情形。此外,利用Friis模型推导出距离估计误差与信号传播跳数之间的映射关系,采用传播跳数作为加权因子对定位结果进行了修正。仿真结果表明该算法降低了距离估计误差对定位精度的影响,提高了定位精度。     

基于FDMA的超声波室内定位信标识别方法

在超声波室内定位的信标识别问题上,针对无线射频控制分配的信道策略复杂性高、定位滞后和基于码分多址(CDMA,code division multiple access)方法的自相关运算量巨大问题,提出基于频分多址(FDMA,frequence division multiple access)的超声波室内定位信标识别方法,令超声波具备信息携带能力.通过对信号调制技术的分析,在超声波频率响应范围内,利用不同频率的载波调制信源身份识别码,接收节点通过解调、匹配区分信号源进行定位.采用Simulink对多路信号传输过程以及调制与解调进行仿真,并用电路仿真发射、识别了编码.结果表明,FDMA方法能有效区分多路信号源互相干扰,准确恢复发射节点身份识别码,大大减少计算量,有利于定位效率的提高.     

无线传感器网络分布式的移动节点定位研究

针对WSN野外二维特定应用环境,提出了一种到主信标节点信号强度差定位算法（SSDLB）与运动预测定位算法（MPL）相结合的基于分布式的高覆盖率移动WSN节点定位算法,解决了在定位过程中未知节点在某定位时刻其邻居信标节点的个数小于3个的定位问题,并且避免了传统RSSI定位算法把信号强度值转化成距离再进行定位所带来的计算误差与计算开销,一定程度上提高了节点定位精度和覆盖率。仿真实验表明：此算法在较低的信标节点密度的条件下,能够达到较高的定位精度和定位覆盖率,与传统的RSSI算法相比定位性能有显著的提高。     

Grid-Scan算法定位误差和定位率的改进

针对Grid-Scan算法定位率及定位精度较低的问题,提出了一种基于虚拟锚节点的Grid-Scan定位算法。具体做了3个方面的工作：有邻居锚节点的未知节点只利用邻居锚节点进行定位,定位后的节点升级为虚拟锚节点;没有邻居锚节点的未知节点利用虚拟锚节点完成定位;锚节点及虚拟锚节点与未知节点采用不同的通信半径进行扫描并完成定位。仿真结果表明,相比传统算法,改进算法的定位精度和定位率分别平均提高了约6.35%和23.37%。     

基于UWB/AOA/TDOA的WSN节点三维定位算法研究

为了将二维定位算法AOA和TDOA拓展成三维定位算法,文中提出了一种基于AOA/TDOA和UWB传输技术的WSN节点三维定位算法。该算法采用二维的AOA测角算法测量未知节点与信标节点之间的角度,采用TDOA算法测量未知节点与信标节点之间的距离,在测角、测距的过程中采用UWB通信技术来传输探测信号,使得探测信号具有较高的时间分辨率,从而提高测角、测距精度,最后基于文中提出的待测节点三维坐标计算方法求解出待测节点的三维坐标。为了验证算法的有效性,在Matlab软件中进行了仿真实验。结果表明：新算法定位精度相比于AOA算法、TDOA算法都有大幅度提高。理论和实践皆表明：新算法具有较高的定位精度,能够满足未知节点在三维空间中的定位需求。     

基于PSO-GSA优化的井下加权质心人员定位算法

针对煤矿复杂环境中,接收信号强度指示的人员定位精度较低,难以动态跟踪参数变化的问题,提出一种利用改进的引力搜索算法应用于加权质心定位中进行井下人员定位的方法。先采用对数距离路径损耗模型得到信标节点到未知节点的距离,然后通过加权质心定位算法对未知节点定位;最后利用粒子群万有引力混合算法对相关参数和估计的位置信息进行优化。实验结果表明,该方法能够增强对环境变化的自适应能力,更有效地提高定位精度。     

信标欠定时的井下人员定位算法

煤矿井下人员定位常采用3个以上信标对目标节点进行定位,这样,同时收不到3个以上信标信号的目标节点就无法采用该方法进行定位。为了对这些目标节点进行有效的定位,结合煤矿环境实际情况,提出了一种信标欠定时的井下人员定位算法。首先,利用信标节点实际位置获得的定位区域内距离误差的权值对目标节点的测距误差修正,提高定位区域内目标节点的距离测量精度。然后利用可参与定位的信标精确位置和目标节点测量的经修正后的距离量,通过坐标的平移、旋转等转换,实现目标节点的定位。仿真结果表明:该算法能够有效地提高信标欠定时目标节点的定位精度,弥补了现有基于三信标及其以上情况下目标节点定位应用中的不足。     

煤矿井下人员安全监测定位算法仿真研究

实时精确监测井下人员位置,对安全生产非常必要。井下环境复杂、坑道狭长,不同于室内,一段坑道不会采集到太多较好信号节点,无线信号传播时易受反射、多径传播和噪声等因素影响,致使传统Wi-Fi定位算法定位精度低,提出一种基于局部极大似然、信号强度来遴选Wi-Fi信号节点,并利用六点四四组合混合定位算法。首先信标节点周期性扫描移动定位模块,筛选出较优信号强度,并求出待求节点与信标节点间距离;然后局部极大似然六点四四组合;最后质心法求解中心,估计最终的井下人员位置。经过仿真验证：所提出的混合定位算法,定位精度明显提高。同时分析了井下不同噪声、基站情况下,几种定位算法性能,新算法定位精度仍然较高;最后还分析了算法的实时性。     

无线传感器网络煤矿井下RSSI自适应定位算法

通过对无线信号传播模型进行有效分析,发现路径衰减指数取值的固定性是导致测距误差的主要原因之一。在传统接收信号强度指示(RSSI)定位算法基础上,结合煤矿井下巷道环境特征,提出一种自适应RSSI三角质心定位算法,算法通过动态计算信标节点到盲节点的路径损耗指数,从而提高了测距算法对环境的适应性,算法结合巷道环境特征和信标节点到盲节点的距离公式,对两圆相交的情况进行讨论,最终计算出盲节点的有效坐标。仿真实验表明:巷道宽度在一定范围内(5~15 m),定位误差平均值均小于0.5 m,定位误差小于1 m的概率均高达90%以上,具有较高的定位精度。