UWB的無線傳感器網(wǎng)絡的定位技術(shù)

1、uwb的無線傳感器網(wǎng)絡的定位技術(shù)在無數(shù)無線網(wǎng)絡(wsn)應用中，沒有節(jié)點位置信息的監(jiān)測往往毫無意義。當監(jiān)測到大事發(fā)生時，關(guān)懷的一個重要問題就是該大事發(fā)生的位置，如森林火災監(jiān)測，自然氣管道泄漏監(jiān)測等。這些大事的發(fā)生，首先需要知道的就是自身的地理位置信息。定位信息除了用來報告大事發(fā)生的地點外，還可用于目標跟蹤、目標軌跡預測、幫助路由以及網(wǎng)絡拓撲管理等。因此節(jié)點定位問題已成為無線傳感器網(wǎng)絡的一個首要解決的問題。1 問題描述超寬帶(ultra widebanol，uwb)通信技術(shù)是一種以ns級的沖擊脈沖在短距離內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)的無線通信技術(shù)。這種通信技術(shù)具有隱蔽性好、穿透能力強、定位精度高以及功耗低等特

2、點，在無線傳感器網(wǎng)絡的測距、定位應用中，具有非常重要的現(xiàn)實作用，并己經(jīng)應用到實際物資供給跟蹤定位中。uwb信號具有十分寬的帶寬，將其應用于toa定位辦法有助于實現(xiàn)較高的測距精度。然而，在實際應用環(huán)境經(jīng)常浮現(xiàn)多徑干擾，此時uwb直達信號難以精確檢測。因而，本文提出了通過含糊規(guī)律技術(shù)對首次到達信號時光和最強信號時光舉行加權(quán)來得到直達信號到達時光的辦法，使得uwb在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位中的應用成為可能。2 toa距離估量辦法對于一個單路徑加性白噪聲(additive white gaussian noise，awgn)信道條件，可以利用toa測距的距離估量根均方差：其中，s(f)為發(fā)送的傳輸信號的

3、傅立葉變換。明顯，估量的根均方差同信號的rsnr和有效帶寬有關(guān)，rsnr和有效帶寬越大，估量的根均方差越小。因為uwb信號帶寬十分寬，uwb無線信號應用基于時光的技術(shù)可實現(xiàn)相對精確的定位。普通狀況下，toa定位辦法是利用檢測接收信號中的直達路徑的到達時光，來測量通信收發(fā)節(jié)點間的距離。因此，對直達路徑信號到達時光的精確估量是至關(guān)重要的。本文所研究的節(jié)點定位辦法針對的是典型的無線傳感器網(wǎng)絡。普通來說，通過檢測接收到信號的幅度是否最大來確定直達信號的到達時光，但是這種辦法在多徑條件下難以達到較高的測量精度。典型多徑環(huán)境下的uwb接收信號1所示。直達信號(direct path)并非首次到達信號(fi

4、rst path，與門限有關(guān))或幅度最強信號(strongest path)，因此在這種狀況下，用法首次到達信號或幅度最強信號的到達時光都不能精確估量放射端節(jié)點和接收端節(jié)點之間的距離。可以利用最大似然估量法檢測直達路徑信號的到達時光來計算傳感器節(jié)點之間的距離，但在復雜多徑環(huán)境下簡單造成信號波形的失真，因此有一定的實現(xiàn)難度。針對uwb直達信號難以精確檢測的特點，本文提出通過對首次到達信號時光和最強信號時光舉行加權(quán)來得到直達信號到達時光，其加權(quán)系數(shù)由含糊規(guī)律技術(shù)獲得。3 基于含糊規(guī)律的權(quán)值選取設uwb信號在t0時刻被發(fā)送，在接收端節(jié)點接收到的首次到達信號和幅度最強信號的到達時刻分離為tf和ts，而

5、直達信號到達時刻通過下式計算：其中c=3108ms，為信號在自由空間的傳揚速度。這里用法含糊規(guī)律技術(shù)來選取權(quán)值a。設首次到達信號和幅度最強信號的幅度分離為ef和es，并定義e=|ef|es|，tr=(tf- t0)(ts-t0)。er和tr為含糊規(guī)律函數(shù)的輸入，a為輸出。er、tr和a分離定義了低、中、高3個值。挑選a值的規(guī)章如表1所列。4 分析對測得的多徑環(huán)境下的uwb接收信號辦法的測距精度舉行驗證，并結(jié)合節(jié)點定位技術(shù)，對節(jié)點舉行定位。er，tr和a的隸屬函數(shù)2所示。取放射信號時刻t0=0，在接收端分離記錄下首次到達信號時刻tf，幅度最強信號的到達時刻ts，首次到達信號幅度ef和幅度最強信號的幅度 es。分離計算出含糊規(guī)律的輸入值er、ts，按照隸屬函數(shù)，可以得到a。將tf、ts、a代入(3)式即可得到直達信號到達時刻t，進而結(jié)合(4)式計算出兩點之間的距離。假設有三個參考節(jié)點(0，0)、(10，0)、(10，10)，盲節(jié)點到參考節(jié)點的實際距離分離為620、288、946，利用三邊測量法可以獲得節(jié)點的位置，如表