無線節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)ppt課件(編輯修改稿)
2025-01-04 04:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如圖所示 ， 發(fā)射節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻 T0同時(shí)發(fā)射無線射頻信號(hào)和超聲波信號(hào) ， 接收節(jié)點(diǎn)記錄兩種信號(hào)到達(dá)的時(shí)間 T1和 T2， 己知無線射頻信號(hào)和超聲波的傳播速度分別為 c1和 c2， 那么我們可以知道射頻信號(hào)和超聲波信號(hào)傳播的時(shí)間為 ： TDOA有一些固有的缺陷需要考慮 。 首先利用 TDOA進(jìn)行定位要求傳感節(jié)點(diǎn)上必須附加特殊的硬件 （ 聲波或者超聲波的收發(fā)器等 ） ， 這會(huì)增加傳感節(jié)點(diǎn)的成本；其次 ， 聲波或者超聲波在空氣中的傳輸特性和一般的無線電波并不一樣 ， 空氣的溫度 、 濕度或者風(fēng)速都會(huì)對(duì)聲波的傳輸速度產(chǎn)生很大的影響 ， 這就使得距離的估計(jì)可能出現(xiàn)較大偏差；最后 ， TDOA測(cè)速的一個(gè)很大的假設(shè)是發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間是沒有障礙物阻隔的 ， 在有障礙物的情況下會(huì)出現(xiàn)聲波的反射 、折射和衍射 ， 此時(shí)得到的實(shí)際傳輸時(shí)間將變大 ， 在這種傳輸時(shí)間下估算出來的距離也將出現(xiàn)較大的誤差 。 2 1 2 0 1 0 2 121( ) ( )dd t t T T T T T Tcc ? ? ? ? ? ? ? ? ??基于測(cè)距的定位技術(shù) —— 三邊定位法 可以得出 即： 接收信號(hào)相位 （ PDOA） 通過測(cè)相位差 ， 求出信號(hào)往返的傳播時(shí)間 ， 計(jì)算出往返距離 其中 ， fc是信號(hào)頻率 ， λ是信號(hào)的波長(zhǎng) ， φ是發(fā)送信號(hào)和 反射信號(hào) 的相位差 。 由上式可知 d的范圍是 [0, λ]。 不同的距離如果相差 λ倍 ， 則測(cè)量獲得的相位相同 。 ???????222 ???? cc fcfcd?基于測(cè)距的定位技術(shù) —— 三邊定位法 ?常用的角度定位方法有：已知兩個(gè)頂點(diǎn)和夾角的射線確定一點(diǎn)，以及已知三點(diǎn)和三個(gè)夾角確定一點(diǎn)。 1．已知兩個(gè)頂點(diǎn)和夾角的射線確定一點(diǎn) 如圖所示，測(cè)得參考點(diǎn) A(x1,y2)和 B(x2,y2)收到的信號(hào)夾角分別是 α和 β，根據(jù) 可以計(jì)算出待測(cè)節(jié)點(diǎn) N的位置坐標(biāo) (x,y)。 這是一種參考節(jié)點(diǎn) A和 B自身在坐標(biāo)系已經(jīng)矯正的情形 ， 如果參考點(diǎn) A和 B方向沒有校正 ， 需要在計(jì)算時(shí)補(bǔ)償方向偏差 。 ?基于測(cè)距的定位技術(shù) —— 三角定位法 2 2 1 12 2 1 1( ta n ) ( ta n )ta n ta n( c o t ) ( c o t )c o t c o ty x y xxx y x yy????????? ? ???????? ? ? ?? ??? ??如圖所示 ， 在測(cè)量出角 α、 角 β和角 γ后 ， 可以使用三角定位的方法計(jì)算出 N點(diǎn)的位置 (x,y)。 對(duì)于參考點(diǎn) A(x1,y1)、 B(x2,y2)和夾角 α， 根據(jù)圓的內(nèi)接四邊形對(duì)角互補(bǔ)和弦所對(duì)的圓周角等于它所對(duì)的圓心角的性質(zhì) ， 得到 弦 AB所對(duì)應(yīng)的圓心角 θ=2π－ 2α。 可以由 A、 B和 N確定 一個(gè)內(nèi)接 圓 O的圓心 C1（ xc1,yc1） 和半徑 rc1， 同理 由 A、 C和N三點(diǎn)就可以確定 O2(xc2,yc2,rc2)， 由 B、 C和 N三點(diǎn)就可以確定 O3(xc3,yc3,rc3)。 根據(jù)圓 O O O3， 再根據(jù) 如下 方程組 ， 就可以確定點(diǎn) D(xD,yD)的坐標(biāo) 。 222221 1 1 1 12 2 2 2 2223 3 3 3 3( ) ( )( ) ( )( ) ( )c c cc c cc c cx x y y rx x y y rx x y y r? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ???基于測(cè)距的定位技術(shù) —— 三角定位法 ?在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中 ， 基于測(cè)距的定位技術(shù)往往具有很大的優(yōu)勢(shì) ， 算法比較簡(jiǎn)單 ，實(shí)現(xiàn)容易 ， 研究人員一般從幾個(gè)方面來評(píng)判這些定位技術(shù)的優(yōu)略 。 （ 1） 定位精度 ， 即測(cè)距誤差 ， 為 測(cè)得的距離與實(shí)際距離的差值 ， 一般來說采用超聲波的 TDOA協(xié)議最小 ， 而采用功率衰減來判別距離的 RSSI測(cè)距誤差最大 。 （ 2） 覆蓋范圍 。 GPS是全球定位系統(tǒng) ， 一次覆蓋范圍最好 ， 其次是 采用功率衰減的RSSI。 而 TOA和 TDOA定位技術(shù)采用超聲波短波 ， 傳播距離最短 ， 因此覆蓋范圍最小 。 （ 3） 抗干擾能力 。 當(dāng)有干擾如電磁干擾 ， 多徑干擾等存在時(shí) ， 節(jié)點(diǎn)是否能夠正常穩(wěn)定工作成為測(cè)距定位技術(shù)性能的一個(gè)重要指標(biāo) 。 （ 4） 實(shí)現(xiàn)成本 。 ?測(cè)距定位技術(shù)比較 1． 基于連通性的定位 ?連通性 （ Connectivity） 是指兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是否連通 。 基于連通性的定位可以根據(jù)一個(gè)節(jié)點(diǎn)能否成功解調(diào)其他節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)包作
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