基于超声波六元阵列TDOA测距的WSN定位系统设计与实现.pdf

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1、第27卷第9期传感技术学报2014年9月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSTheDesignandImplementationofWSNLocalizationSystemBasedonSix—ElementArrayofUltrasonicTDOARangingZHAOQingqing，DUANWeijun，FUXianfeng(SchoolofElectronicsandInformation，NorthwesternPolyteehnicalUniversity，Xi’an710072，China)Ab

2、stract：Forthehighaccuracy，widerangeandstableperformancetheultrasonicpositioningtechnologyisbecom．，inganimportantresearchpointinwirelesssensornetworks．Thispaperpresentsasix—elementarrayultrasonicsensorsystemwhichmeetslongdistancemeasurementsand2DomnidirectionalrangingbasedonT

3、DOAtechnology．Italsoimplementshigh—precisionpositioningandreal-timemonitoringinaanchor—freeWSN．Therangingexperi—mentresultshowsthatthefurthestdistancemeasurementis16metersandtheaveragedistancemeasurementerroris0．14％；Thepositioningexperimentresultshowsthat10nodescancompletene

4、tworkingandpositioningin3min．theaveragepositioningerroris23．74cm．Keywords：wirelesssensornetworks；localizationsystem；six—elementarrayofultrasonic；TDOA；anchor．free；locali．zationEEACC：6150Pdoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2014．09．017基于超声波六元阵列TDOA测距的WSN定位系统设计与实现木赵晴晴，段渭军，傅贤锋(西北工业大学电子

5、信息学院，西安710072)捅要：基于超声波测距的定位技术以其精度高、范围广和性能稳定等优点，在无线传感器网络中广泛应用。为了实现较大范围的高精度定位，采用TDOA的测距技术设计了满足远距离测量和二维全向测距的六元超声波传感器阵列系统，实现了无锚节点的无线传感器网络中节点的高精度定位和实时监控。测距实验结果表明，该系统的测量距离最远为16m，平均测距误差为0．14％；定位实验结果表明，10个节点可以在3min内完成全部组网和定位，平均定位误差约为23．74cm。关键词：无线传感器网络；定位系统；超声波六元阵；TDOA测距；无锚节点定位中图分类号

6、：TP393文献标识码：A文章编号：1004-1699(2014)09-1247-06无线传感器网络WSN(WirelessSensor本低且体积小的方向发展，基于锚节点的定位技术Network)是近年来备受人们关注的前沿热点研究领在成本、体积、功耗和部署环境等方面越来越受限，域，无论是在军事侦察、工业控制，还是地理环境监而无锚节点定位技术的研究变得越来越重要。测等应用场合，节点的位置信息至关重要，因为不含然而，目前无锚节点定位技术的定位精度相对较低，位置信息的传感器感知数据往往是没有意义的¨J。需要进一步研究以提高其定位精度。然而为了减小节点

7、部署和校准的成本，WSN应用多无锚节点定位技术多采用基于超声波TDOA测采取随机部署的机制，致使节点无法事先确定自身距的节点定位方法。超声波测距的优点是指向性的位置，需要其部署后进行自身定位_2J。好，不受光线、电磁波、烟雾和灰尘的影响，缺点是具现有的定位技术可以根据定位过程中是否需要有一定的方向性，单个超声波传感器无法同时为周使用已知位置信息的锚节点，分为锚节点定位和无围的节点提供测距服务。TDOA测距系统中，发射锚节点定位J。随着WSN向节点数量多、硬件成节点同时发射射频信号和超声波信号，接收节点根项目来源：西安市科技计划项目(CX1255

8、①)收稿15t期：2014—05—28修改日期：2014-07-30传感技术学报1248WWW．chinatransducers．corn第27卷据此