基于TDOA无线传感定位算法的研究及应用

论文摘要

无线定位技术是近年来十分热门的研究课题,它的基本原理是通过测量移动台和各固定位置节点之间的传播信号的特征参数(如到达角、传播时间或时间差、电波场强等)来估算出移动台的几何位置。无线传感器网络(WSN)由检测网络内大量微型传感器节点组成,它在实现运动目标的跟踪定位方面具有不可比拟的优势。无线传感器网络内应用基于到达时间差(TDOA)的定位方法对移动物体的定位,是应现代军事和民用的需求而发展起来的一门新兴技术。目前,国内外很多学者专注于无线传感器网络定位算法研究,涌现出了许多高质量的理论成果。无线定位算法在无线传感器网络移动物体定位的具体应用中具有广阔的应用前景。本文首先总结了无线定位技术常用的方法及无线传感器网络的起源、发展、应用现状等,应用美国著名超宽带室内定位系统制造商Time Domain公司的超宽带室内定位系统PLUS,它是后续理论研究及应用开展的硬件平台。其次,对无线传感定位算法的几种经典算法进行了理论研究分析,并采用MATLAB仿真,分别给出了在实验室环境下的对物体跟踪定位的路径仿真结果,通过比较三种经典算法获得的移动目标的仿真路径结果,给出了适合本实验的CHAN定位算法。本实验的主要目的是实现CHAN算法在PLUS室内定位系统上的定位应用,我们应用C#语言完成了实验界面的搭建、对TOA信息的处理以及CHAN算法的实现。实验界面主要分为三部分,硬件设备配置部分、TOA信息显示部分以及TDOA和定位结果位置坐标的显示。CHAN算法是基于到达时间差(TDOA)来定位的,实验硬件设备传回的数据只是TOA信息,TOA信息经过C#编程处理之后得至TDOA值。CHAN算法的实现是基于C#.NET平台上应用C#语言实现的,估算得出标签的位置坐标之后,对得到的位置坐标以及其在整体实验环境下的效果进行了仿真,分析了误差,并验证了结果的有效性。验证了无线传感器网络定位系统中,CHAN算法定位的优势。最后,分析了本文研究工作的不足之处,探讨了未来的研究内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 无线传感网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络的介绍
• 1.2.2 无线传感器网络的发展历程
• 1.2.3 无线传感器网络的特点
• 1.2.4 无线传感网络的应用现状
• 1.3 无线传感定位技术
• 1.4 本文研究内容以及文章结构
• 第二章 无线传感器网络定位平台
• 2.1 硬件设备
• 2.2 软件平台部分
• 2.3 测试平台总体框架
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于TDOA的无线定位算法的研究
• 3.1 TDOA双曲线模型
• 3.2 基于TDOA的经典算法
• 3.2.1 CHAN算法
• 3.2.2 Taylor级数展开算法
• 3.2.3 SI算法
• 3.3 Chan、Taylor、SI算法仿真
• 3.3.1 仿真条件
• 3.3.2 仿真结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 实验界面的搭建
• 4.1 系统分析
• 4.1.1 系统需求分析
• 4.1.2 C#语言
• 4.2 系统功能介绍
• 4.2.1 项目规划
• 4.2.2 配置显示模块
• 4.2.3 TOA信息显示模块
• 4.2.4 估计结果显示模块
• 4.3 界面设计结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 CHAN算法测试
• 5.1 测试环境介绍
• 5.2 测试步骤
• 5.2.1 获得TOA信息
• 5.2.2 CHAN算法的C#实现
• 5.3 定位结果以及分析
• 5.3.1 定位结果
• 5.3.2 无偏性与有效性
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目情况
• 学位论文评阅及答辩情况表