基于无线传感器网络的大尺寸坐标测量技术研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得合肥工业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：李志强签字日期：2010年4月29日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解合肥工业大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文

2、被查阅或借阅。本人授权合肥工业大学可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：李志强导师签名：余晓芬签字日期：2010年4月29日签字日期：2010年4月29日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：致谢本学位论文是在余晓芬教授的悉心指导和亲切关怀下完成的。导师最大限度地提供了良好的学习和科研条件。从课程学习到项目论证、研究、实验和论文的撰写过程中，余老师始终给予了我悉心地指导，倾

3、注了大量的心血，使得课题的研究取得了很好的成果，论文也得以顺利完成，我的专业技术和科研能力也得到提高。余老师渊博的学术知识、严谨的治学态度和诲人不倦的敬业精神，使我受益匪浅。在此，向尊敬的余老师表示衷心的感谢和最诚挚的敬意。感谢胡佳文、程伶俐、余卿、马文平、李勋涛、张珽、陈香兰等同门师兄弟，在我的学习、科研和生活中，他(她)们给予了很多启发和帮助，并使我研究生期间的生活增添了很多快乐。感谢我的家人特别是我的父母对我坚持不懈的支持，感谢一切曾经鼓励、支持和帮助过我的人，衷心的谢谢大家！作者：李志强2010年4月第一章绪论

4、1.1研究背景及意义近年来，随着现代工业的发展和生产能力的进一步提高，航空航天、船舶制造等大型装备制造领域对大尺寸测量技术提出了新的要求。由于大型装备制造领域采用分体制造，再总装拼接的工艺流程，空间和质量大、装配关系复杂，必须采用高精度的现场大尺寸测量方法与仪器设备来控制精度，提高效率。目前大尺寸测量的方法[1]主要有：基于角度传感的空间交汇测量，其缺点是测量效率低、人为误差大；基于测长多边形的空间坐标测量，其缺点是跟踪瞄准困难，交汇条件难以满足；角度传感和测长相结合的球坐标测量，其缺点是单点测量、断光接续困难、测量自

5、动化难以实现；IndoorGPS坐标测量，其缺点是环境要求高、成本高、应用不成熟；目前技术最成熟、应用最为普遍的激光跟踪仪和数字经纬仪坐标测量系统依然存在不能进行目标识别和自动瞄准的缺点，应用场合和测量效率受到严重制约。上述方法均难以满足现代工业测量的需求，现代计量正向着高精度、高效率、大范围的方向发展[2]。而利用无线传感器网络定位技术和精密测量设备相结合的组合测量方法则为上述问题提供了一个很好的解决途径。无线传感器定位网络是通过在监测区域中已知位置上布置一定量的信标节点，在需要测量的位置放置目标节点，信标节点和目标

6、节点之间通过无线通信实现自组织来获得目标节点到各个信标节点的距离或者角度信息，最后通过相应的定位算法来得到目标节点的坐标位置，形成分布式坐标测量系统。由于无线传感器网络坐标测量精度无法满足大尺寸测量的要求，因此在大尺寸组合测量方法中，利用无线传感器网络坐标测量系统来锁定测量范围内各个测量目标的大致位置，随后引导精密测量设备(终端测量站)对各个测量目标进行精密测量。二者相结合不但很好的解决了整体尺寸大与局部空间复杂(遮蔽效应)之间的矛盾，而且能够实现对监测区域中的多个测量目标进行有序的、自动化测量。因此，研究无线传感器网

7、络的节点定位问题，对于构建大尺寸组合测量系统和加快无线传感器网络在工业计量领域的工程实用化进程都具有重要的意义。1.2无线传感器网络定位技术的研究现状无线传感器网络定位技术可分为基于测距的定位技术和不基于测距的定位技术。其中不基于测距的定位算法[3~7]有DV-Hop定位算法、APIT定位算法、质心定位算法、Amorphous定位算法等。由于本文主要研究的是基于测距的定位技术，因此下面主要论述了基于测距的定位技术的研究现状。1基于测距技术的定位算法主要是通过两个步骤来完成的[8]。第一步，提取信号中的特征参数，将其转化

8、为距离(或角度)测量值，第二步，通过几何算法进行未知节点位置的计算。1.1节点距离(或角度)的测量方法节点间的距离(或角度)主要是通过提取接收信号中的特征参数来实现的，根据所提取的特征参数的不同，主要分为：基于到达时间(TOA,TimeOfArrival)的方法，基于往返传播时间(RTOF,Roundtrip-Time-Of-Fl