基于无线传感器网络的定位技术研究与实现

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文基于无线传感器网络的定位技术研究与实现姓名：俞建平申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：杨小牛;章坚武杭州电子科技大学硕士学位论文I摘要近年来，无线传感器网络已经成为通信领域的研究热点。从无线传感器网络的应用角度出发，传感器节点位置信息的获得是任何应用的基础。在卫星定位信号缺失或不宜采用卫星定位系统等场景下，本文研究一种特殊的基于MC-CDMA的传感器节点用于提供位置参考功能。假设在传感目标区域中撒放大量普通传感器节点和少量该类节点，在近距离锚节点不足的环境下，该类节点可以通过与其它具有M

2、C-CDMA模块的已知节点进行远距离测距并实现高精度自身定位，然后升级为锚节点，进而为该网络的其他未知节点提供位置参考功能。以下是本文的主要工作：首先，本文在分析几种测距手段的基础上，选择了适合本文传感器节点的基于扩频码的MC-CDMA测距技术用于距离测量，并介绍了实现测距的基本原理。并且针对影响测距的各种误差因素进行分析，重点考虑了非视距误差的抑制问题，从基于代价和基于应用时机两种角度对非视距误差的抑制算法进行分类。其次，重点分析介绍了本文研究的基于TOA双程测距的传感器节点设计方案及具体工作流程。本传感器节点分测距模块和定

3、位模块两部分，测距模块由基于扩频码的MC-CDMA测距方案实现，本文主要从测距流程、精度控制等方面进行阐述。而定位模块的分析主要从硬件和软件两方面出发，本节点的硬件平台是以S3C2440A微处理器为中央控制芯片的开发板为基础的，软件是以裁剪后的嵌入式Linux操作系统为基础的。由于本节点的测距模块和定位模块之间是通过串口连接的，所以对串口的设置进行了分析介绍。另外对定位的流程、发送的定位信息的格式等都进行了相应的介绍。最后，提出了一种适用于三维空间的节点定位算法。考虑到当前多数定位研究都是基于二维空间的状况，通过分析研究当前基

4、于三维空间的无线传感器网络节点的定位技术，提出了基于球面坐标的无线传感网络三维静态定位算法，该算法是在（得知）四点球面坐标的基础上通过求球心坐标的方法实现定位的。在如何选择合适的四点问题上，本文提出了基于PIT方法进行分析比较来获得通信半径内的最佳四点来进行定位计算。通过仿真实验及性能分析，在邻居节点密度满足定位要求的情况下，相比于没有采用PIT选择方法的情况，该算法可获得相对较高的定位精度。关键词：无线传感器网络，多载波码分多址，测距，非视距误差，嵌入式系统，三维定位杭州电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTInrec

5、entyears,wirelesssensornetwork(WSN)hasbeenwidelyresearchedinthefieldofcommunications.FromthepracticalstandpointofWSN,thelocationinformationoftheWSNnodeisthefoundationofanyapplication.ThispaperfocusesontheparticularMC-CDMA-basedWSNnodestoprovidelocationreferencetooth

6、erunknownnodesinthesituationthatthesatellitelocationinformationismissedorthesatellitelocationsystemcan’tbeused.AssumingthatnumerousnormalsensornodesandfewMC-CDMAonesarecastinthesensingtargetarea,oncetheamountofcloseanchornodesisinsufficient,theMC-CDMAnodecanperformt

7、hefardistancerangingandthefunctionofaccurateself-locationwiththehelpofothernodeswhichisequippedwithMC-CDMAmodule.Afterthatitupgradestoananchornodeandcanprovidelocationreferencetootherunknownnodesinthisnetwork.Themainideasofthispaperareasfollowings:Firstofall,therang

8、ingalgorithmbasedonspreadspectrumcodeisprovidedwhichissuitableforthisranginglocationsystem,andthebasicprotocolofrangingisintroduced.Thedif