水声定位算法学习总结

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1、定位算法学习总结无线传感器定位技术分类目前定位技术广泛地应用到各个领域，而且出现了很多定位算法，常用的定位方法有：到达角(AngelofArrival,A0A)定位、到达时间(TimeofArrival,TOA)定位、到达时间差(TimeDifferenceofArrival,TDOA)定位以及AOA/TOA、AOA/TDOA等混合定位的方法。选择哪种定位方法要根据定位精度、硬件条件等因素来确定，但是最终目的是要用优化的方法得到满意的定位精度。在没有时间同步信号时，往往采用TDOA定位方法，TDOA定位法可消除对移动台时间基准的依赖性，因而可

2、以降低成本并仍然保证较高的定位精度，但是需耍有较好的延时估计方法，才能保证较高的时延估计精度。(1)基于测距的定位技术基于测距的定位方法依靠测量相邻节点之间的距离或者方向信息。现在有很多成熟的算法被用于基于测距的定位。例如TOA算法通过信号传播时间获取距离,TDOA算法利用接收从多个节点发出信号的时间差估测位置，而AOA算法则通过为每个节点设置天线阵列来测量节点间的相对方向角度值。基于测距的定位技术信号传播时间/时间差往返时间(TOA/TDOA/RTOF)接收信号相位差(PDOA)近场电磁测距(NFER)已知两个定点和夹角的射线确定一点信号强

3、度(RSS)已知三点和三个夹角确定一点(2)无需测距的定位技术无需测距的定位方法不要求距离信息，只依靠有关待定位传感器与种子节点Z间连通性的测量数据。这种定位方法对硬件要求低，但是测量的准确度容易被节点的密度和网络条件所影响，因此不能被对精度要求高的基于WSN的应用采用。1•计算节点和参考节点之间的跳数2•计算节点与参考节点之间的距离3•计算节点的位置二、三边定位和多变定位(1)信号强度(RSS,ReceivedSignalStrength)通过信号在传播中的衰减来估计节点之间的距离，无线信道的数学模型PL(d)=PL(^)-ICnlog(^

4、)-o尽管这种方法易于实施，但却面临很多挑战。首先信道由于受到信道噪声、多径衰减(Multi-pathFading)和非视距阻挡(Non-of-SightBlockage)的影响⑴，具有时变特性,严重偏离上诉模型;其次衰减率会随外界环境的不同而发生相应改变。根据接收到的信号估计出的距离d将有很大误差。(2)信号传播时间/时间差往返时间(TOA/TDOA/RTOF)a)到达时间(TOA,TimeOfArrival)使用发射机到接收机之间往返的时间来计算收发机之间的距离，耍求发射机和接收机严格时间同步。b)往返传播时间(RTOF,Roundtri

5、p-Time-Of-Flight)发射机和接收机可属于不同的吋钟域，基于信号传播时间的测距精度由时间差的测量精度决定。时间差的精度由参考时钟决定。c)到达时间差(TDOA,TimeDifferenceOfArrival)使用两种不同传播速度的信号，向同一个方向发送即可。信号传播时间/时间差/往返时间(TOAfTDOA/RTOF)—Qfvag-a」込-即-「-GW图1示意图(1)接收信号相位差(PDOA,phasedifferenceofArrival)通过测量相位差，求出信号往返的传播时间［2］,计算出往返距离=其中，厶是信号频率，几是信号的

6、波长，纟是发送信号和反射信号的相位差，由上式可知d的范围是［0,刃。不同的距离如果相差创咅,则测量获得的相位相同。通过相位差的方式测量距离，需要知道距离d范围，才能够确定出n的值，估算出距离。(2)近场电磁测距(NFER,NearFieldEMRanging)利用近场与磁场的相位差来测量距离，射频信号包括电场和磁场两部分。例如，当目标距离接近发射天线时相位相差90°；在距离相差1/2波长时，相位差接近0o由此可以通过电场与磁场的相位差，估计到天线的距离。近场电磁测距方法的测距范围在0.05恥05入之间，最佳测量范围0.08A^0.3A之间。该

7、方法由于距离限制,现有的定位系统很少采用。三、TDOA算法研究1.基于测距的定位技术算法对比分析算法种类RSSTOARTOFTDOAPDOANFER条件需求信号衰减量发射和接收机之间的往返时间往返传播时间忖标发射信号到达各个节点的时间差接收信号相位差相位差与距离的准确关系优点易于实施，对硬件要求较低发射机和接收机可属于不同的时钟域对待测节点没有时间同步要求缺点算法模型受环境影响大，精度较低要求发射机和接收机严格时间同步使用射频信号时要求高精度时钟需要首先知道往返距离范围对测量距离有限制2.TDOA算法特性(1)对目标时间基准无依赖性选用TDO

8、A算法对待测节点没有时间同步要求。在无线传感器网络中，实现节点之间的吋间同步较为困难。而口考虑在实际应用中，一般情况下，我们无法获取待测目标的准确时间信息。TDOA