無線傳感網(wǎng)定位技術-文庫吧
2024-12-28 13:24 本頁面
【正文】 超聲波可以達到分米級精度，但是它的覆蓋范圍只有 10多米； WiFi和藍牙的定位精度為 3米左右，覆蓋范圍可以達到 100米左右； GSM系統(tǒng)能覆蓋千米級的范圍，但是精度只能達到 100米。由此可見，覆蓋范圍越大，提供的精度就越低。提供大范圍內(nèi)的高精度通常是難以實現(xiàn)的。 3．定位性能的評價指標 ? （ 3）刷新速度： ? 刷新速度是指提供位置信息的頻率。例如，如果 GPS每秒刷新 1次，則這種頻率對于車輛導航已經(jīng)足夠了，能讓人體驗到實時服務的感覺。對于移動的物體，如果位置信息刷新較慢，就會出現(xiàn)嚴重的位置信息滯后，直觀上感覺已經(jīng)前進了很長距離，提供的位置還是以前的位置。因此，刷新速度會影響定位系統(tǒng)實際工作提供的精度，它還會影響位置控制者的現(xiàn)場操作。如果刷新速度太低，可能會使得操作者無法實施實時控制。 3．定位性能的評價指標 ? （ 4）功耗： ? 功耗作為傳感網(wǎng)設計的一項重要指標，對于定位這項服務功能，需要計算為此所消耗的能量。采用的定位方法不同，功耗的差別會很大，主要原因是定位算法的復雜度不同，需要為定位提供的計算和通信開銷方面存在數(shù)量上的差別，導致完成定位服務的功耗有所不同。 ? （ 5）代價： ? 定位系統(tǒng)或算法的代價可從幾個不同方面來評價。 ?時間代價 包括一個系統(tǒng)的安裝時間、配置時間、定位所需時間。 ?空間代價 包括一個定位系統(tǒng)或算法所需的基礎設施和網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)量、硬件尺寸等。 ?資金代價 則包括實現(xiàn)一種定位系統(tǒng)或算法的基礎設施、節(jié)點設備的總費用。 返回 三、基于 距離的定位算法 ? 基于測距的定位技術是通過測量節(jié)點之間的距離，根據(jù)幾何關系計算出網(wǎng)絡節(jié)點的位置。解析幾何里有多種方法可以確定一個點的位置。 ? 比較常用的方法是 多邊定位 和 角度定位 。這里重點介紹通過距離測量的方式，它可以用來計算傳感網(wǎng)中某一未知位置的節(jié)點坐標。 基本測距 方法 ? （ 1）接收信號強度指示（ RSSI） ? （ 2）到達時間（ ToA） ? （ 3）到達時間差（ TDoA） （ 1）接收 信號強度指示（ RSSI） ?基于 RSSI定位算法，是通過測量發(fā)送功率與接收功率，計算傳播損耗。 ?利用理論和經(jīng)驗模型，將傳播損耗轉化為發(fā)送器與接收器的距離。 ?該方法易于實現(xiàn)，無需在節(jié)點上安裝輔助定位設備。當遇到非均勻傳播環(huán)境，有障礙物造成多徑反射或信號傳播模型過于粗糙時， RSSI測距精度和可靠性降低，有時測距誤差可達到 50%。一般將 RSSI和其他測量方法綜合運用來進行定位。 （ 2）到達 時間（ TOA）（ 1） ? ToA機制是已知信號的傳播速度，根據(jù)信號的傳播時間來計算節(jié)點間的距離。如圖 61所示為某于 ToA測距的簡單實現(xiàn)過程示例，采均偽噪聲序列信號作為聲波信號，根據(jù)聲波的傳播時間來測量節(jié)點之間的距離。 無 線 傳 輸 模 塊無 線 電 模 塊麥 克 風 模 塊M C UM C U揚 聲 器 模 塊揚 聲 器 模 塊（ 2）到達 時間（ TOA） (2) ? 假設兩個節(jié)點預先變現(xiàn)了時間同步，在發(fā)送節(jié)點發(fā)送偽噪聲序列信號的同時，無線傳輸模塊通過無線電同步消息通知接收節(jié)點偽噪聲序列信號發(fā)送的時間，接收節(jié)點的麥克風模塊檢測到偽噪聲序列信號后，根據(jù)聲波信號的傳播時間和速度來計算節(jié)點間的距離。 ? 節(jié)點在計算出多個鄰近的信標節(jié)點后，利用多邊測量算法和極大似然估計算法算出自身的位置。 （ 2）到達 時間（ TOA） (3) ? ToA采用的聲波信號進行到達時間測量。由于聲波頻率低，速度低。對節(jié)點硬件的成本和復雜度的要求很低，但聲波的傳播速度易受大氣條件的影響。 ? ToA算法的定位精度高，但要求節(jié)點間保持精確的時間同步，對傳感器節(jié)點的硬件和功耗提出了較高的要求。 ? 這類方法通過測量傳輸時間來估算兩節(jié)點之間距離。精度較好。但由于無線信號的傳輸速度快，時間測量上的很小誤差就會導致很大的誤差值，所以要求傳感器節(jié)點有較強的計算能力。這兩種基于時間的測距方法適用于多種信號，如射頻、聲學、紅外和超聲波信號等。 （ 3）到達 時間差（ TDOA）（ 1） ? 在基于 TDoA的定位機制中，發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射兩種不同傳播速度的無線信號，接收節(jié)點根據(jù)兩種信號到達的時間差以及這兩種信號的傳播速度計算兩個節(jié)點之間的距離。 ? 如圖 62所示，發(fā)射節(jié)點同時發(fā)射無線射頻信號和超聲波信號，接收節(jié)點記錄下這兩種信號的到達時間 T T2，巳知無線射頻信號和超聲波的傳播速度為 c c2，那么兩點之間的距離為 (T2T1)S，其中 S=c1c2/(c2c1)。 無 線 信 號超 聲 波 信 號發(fā) 射 端 接 收 端T1T2距 離（ 3）到達 時間差（ TDOA） (2) ? 由于無線射頻信號的傳播速度要遠大于超聲波的傳播速度，因而未知節(jié)點在收到
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