传感器网络SPSA声源定位算法研究

论文摘要

无线传感器网络无论是在国家安全，还是国民经济方面均有着广泛的应用前景。作为无线传感器网络的一个研究热点——声源定位，在军用和民用领域都具有极其重要的研究价值。本文主要研究设计了基于声音能量损耗模型的声源定位系统，提出了VSPSA算法来估计声源的位置，并设计了用于采集声音强度的传感器节点。本文提出的声源定位方法相对于基于时间差的定位方法不需要精确的时间同步，相对于基于可控波束形成方法的目标定位不需要高昂的成本，只需要通过适量的传感器节点采集声音能量信息便能快速准确的估计声源的位置。本文研究的主要内容及创新之处在于：（1）本文提出了基于VSPSA算法的声源定位方法。首先对目前的多种声源定位技术的优缺点进行了详细的比较，分析了声音的传播特点以及声音的能量损耗模型，提出了VSPSA算法来估计目标声源的位置，在算法中引入了带优先级的孤岛模型，采用了维诺图区域划分方法，在MATLAB仿真平台下对本文提出的算法进行了大量的仿真实验，并且与经典的EM算法进行了比较分析，实验结果表明本文所提出的VSPSA算法在解决声源定位问题上是切实可行的。（2）本文设计了用于采集声音强度的传感器节点，构建了基于VSPSA算法的声源定位系统。传感器节点采用ATmegal128单片机作为主控制器来控制节点的不同功能模块协调工作，使用CC1000射频模块来实现无线通信，使用CSMA/CA载波侦听协议来分配信道。最后将本文设计的声源定位系统在真实环境中进行了测试，对目标声源进行了静态定位和动态跟踪两组实验，实验结果证明了本文设计的声源定位系统的有效性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络的简介
• 1.3 声源定位技术的概述
• 1.3.1 精确定位
• 1.3.2 模糊定位
• 1.4 论文研究内容及主要工作
• 第二章 基于声音能量强度的声源定位算法
• 2.1 声音的传播规律
• 2.2 声音传播的能量损耗模型
• 2.3 基于声音能量强度的经典定位算法
• 2.3.1 ML 声源定位算法
• 2.3.2 EM 声源定位算法
• 2.4 VSPSA 声源定位算法
• 2.4.1 SPSA 算法
• 2.4.2 优先级孤岛模型
• 2.5 VSPSA 算法软件仿真
• 2.6 本章小结
• 第三章 声源定位系统硬件设计
• 3.1 系统结构
• 3.2 模块设计
• 3.2.1 传感器模块
• 3.2.2 处理器模块
• 3.2.3 无线通信模块
• 3.3 系统软件的设计
• 3.3.1 传感器节点的通信协议
• 3.3.2 传感器节点的软件设计
• 3.4 声源定位系统实验
• 3.4.1 传感器节点的通信协议实验
• 3.4.2 Speaker 声源定位实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的项目和发表的论文