基于无线传感器网络的声源定位系统研究与实现

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1、基于无线传感器网络的声源定位系统研究与实现中北大学硕士学位论文姓名：靳东怀申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：葛根焰20080520摘要近年来，随着微机电系统（ＭＥＭＳ）技术、嵌入式计算技术和无线通信技术的同益成熟，引发了无线传感器网络的概念。无线传感器网络被认为是２１世纪最重要的技术之一，在国防、环境监测、医疗卫生、反恐抗灾等领域有着广阔的应用前景。本文研究并实现了基于无线传感器网络的声源定位系统，首先设计了无线传感器节点硬件平台，从主要芯片的选择到电路的设计进行了深入的分析，给出了数据处理单元、无线收发单元、信号采集单元三部分电路的实现原

2、理。其次对声音信号的采集处理技术进行了深入研究，分析了影响信号采样频率的相关因素，采用滑窗平均法实现了信号的平滑滤波，提出了信号后期处理的相关流程和方法。最后分析了ＴＰＳＮ时间同步算法存在的问题，并给出了问题的解决方法，在此基础上提出了改进型ＴＰＳＮ算法，研究了基于组件结构的Ｔｉｎ———————————————————————————————————————————————ｙＯＳ操作系统，●并实现了该时间同步算法。提出了声源定位算法，推导了平面内定位声源的方程组求解过程。开发了数据处理终端软件，实现了声源定位算法。对实验数据进行了分析。验证了算法的可

3、行性。关键字：无线传感器网络，节点硬件设计，时间同步，声源定位，信号采集ＳｏｕｎｄＳｏｕｒｃｅＬｏｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＷｉｒｅＩｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｃｔｕａＩｉｄｉｎｚｅＤｏｎｇ’‘ｈｕａｉＧＥＧｅｎ—。ｙａｎＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｐｕｔｉｎｇｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｈａｖｅｂｅｇｕｎｔｏｅｍｅ唱ｅｗｈｉｃｈｈａｖｅｓｅｎｓｉｎｇａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙｉｎｒｅｃｅｎｔｐｏｗｅｒｙｅａｒｓｗｉｔｈｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａ

4、ｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｅｎｓｏｒｓｙｓｔｅｍｓ（ＭＥＭＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｍｂｅｄｄｅｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｏｎｅｃｏｍｐｕｔｉｎｇａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ———————————————————————————————————————————————ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｍａｔｕｒｅ．Ｗｉｒｅｌｅｓｓｉｎｔｈｅ２１ｓｔｄｅｆｅｎｓｅ，ｎｅｔｗｏｒｋｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｓｕｃｈａｒｅａｓａｓｃｅｎｔｕｒｙ，ｉｔｈａｓｂｒｏａｄ

5、ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｎａｔｉｏｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ，ａｎｔｉｔｅｒｒｏｒｉｓｍ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｎｄａｃｈｉｅｖｅｓｗｈｉｃｈｂａｓｅｄｏｎｓｏｕｎｄｓｏｕｒｃｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｅｎｓｏｒｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｎｏｄｅｓｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍ，ｄｏｅｓｄｅｅｐａｎａｌｙｓｉｓｆｒｏｍｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｍａｉｎｃｈｉｐｓｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｉｒｃｕｉｔ

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7、ｎｃｙｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ，ａｄｏｐｔｓｔｈｅｓｌｉｄｉｎｇｗｉｎｄｏｗａｖｅｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｓｍｏｏｔｈｉｎｇｆｉｌｔｅｒ，ｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｉｇｎａｌｐｏｓｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅＴＰＳＮｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｇｉｖｅｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍａａｎｄｂｒｉｎｇｓｆｏｒｗａｒｄｍｏｄｉｆｉ

8、ｅｄＴＰＳＮａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｅｄｕｃｅｓｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｌｖｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆ