【正文】 eiping shih and chinyun chang. Distributed directionbased based localization in wireless sensor networks [J]. puter munications,2007,30[6]:14241439[20]L. Lazos and R. Poovendran. HiRLoc: Highresolution robust localization for wireless sensor networks [J]. IEEE Journal on Selected Areas in munications. 2006,24(2):233246謝辭經(jīng)過(guò)一學(xué)期的努力，我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完稿了。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行了檢驗(yàn)和鞏固，也給了自己很多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，在選題開(kāi)題時(shí)，只是課題進(jìn)行了一個(gè)大概的了解，導(dǎo)致自己在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中找不到方向，終于確定研究方法時(shí)又因?yàn)槟芰Σ蛔愣鴽](méi)有達(dá)到預(yù)想的效果。再次，在分析兩種算法的過(guò)程中，因?yàn)闀r(shí)間和個(gè)人學(xué)識(shí)水平的限制，只是將現(xiàn)有的知識(shí)整合了一下，在軟件中仿真模擬、總結(jié)。本文對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)的研究還有待提高。 (3)在Matlab R2009a環(huán)境下，對(duì)本文分析的聲音能量接收公式和兩種算法進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。論文的主要內(nèi)容可以概括為幾個(gè)方面:(l)介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念，并對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位的概念、定位算法分類(lèi)及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算方法進(jìn)行了介紹，此外，還介紹了幾種基于測(cè)距的定位算法、定位算法評(píng)價(jià)常用指標(biāo)，并對(duì)幾種常用的基于測(cè)距定位算法進(jìn)行分析。 本章小結(jié) 本章通過(guò)借用仿真平臺(tái)模擬仿真了兩種定位算法的結(jié)果，并注意對(duì)其進(jìn)行了分析，最后在相同的外界環(huán)境下對(duì)兩種算法的誤差進(jìn)行了比對(duì)，從而得出極大似然估計(jì)算法的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于三邊定位算法的結(jié)論。下圖為極大似然估計(jì)算法誤差：下圖為三邊定位算法誤差： 不同定位算法誤差分布仿真通過(guò)對(duì)比兩種定位算法可以在一幅圖中清晰地看到誤差的變化對(duì)比1. 節(jié)點(diǎn)數(shù)n=5時(shí)（橫軸為時(shí)間，縱軸為誤差大?。?）其中藍(lán)色線(xiàn)代表極大似然估計(jì)算法，紅色線(xiàn)代表三邊定位算法。 （41） 采集聲音能量進(jìn)行分析利用聲音傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到聲音信號(hào)電壓、：（橫軸為時(shí)間，縱軸為電壓）取有用信號(hào)時(shí)間段，運(yùn)用接收聲音信號(hào)能量的計(jì)算公式：Yi（t）=gis（t）/di2（t）+i(t)，i=1,2,3….( gi: ：節(jié)點(diǎn)噪聲系數(shù)取1；s（t）：t時(shí)刻聲源能量取10000；di（t）：節(jié)點(diǎn)i與聲源目標(biāo)之間距離；i(t) ：均值為0，方差為1的高斯白噪聲)編碼并輸出檢測(cè)信號(hào)示意圖如下：（橫軸為時(shí)間，縱軸為電壓）得到接收信號(hào)能量值圖形后，根據(jù)聲音信號(hào)的能量與它傳播距離的平方成反比而采用具體算法來(lái)確定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。因此，本章在聲音能量衰減模型下代入采集到的節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分析。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)最常使用的部署方式是使用飛機(jī)向感興趣區(qū)域拋灑無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，這樣部署方式使節(jié)點(diǎn)的分布具有隨機(jī)性，因此，本文的仿真首先使用Matlab在固定區(qū)域內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生傳感器節(jié)點(diǎn)，代碼如下x(i)=10*normrnd(0,1,1,1) y(i)=10*normrnd(0,1,1,1)上述代碼是在固定的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)一行一列的，背景噪音為均值為零。它提供了強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算環(huán)境、靈活的程序設(shè)計(jì)流程、高質(zhì)量的圖形與可視化界面設(shè)計(jì)、以及與其他程序和語(yǔ)言對(duì)接的功能。首先對(duì)三邊測(cè)量算法進(jìn)行仿真，接著對(duì)極大似然估計(jì)算法的性能進(jìn)行仿真，并得出仿真結(jié)果，最后對(duì)于兩種不同算法的誤差進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)。第四章 基于聲音能量的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)定位算法仿真在前三章中，介紹了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位算法，提出并分析了三邊定位算法和極大似然估計(jì)（ML）算法。 比較綜合兩種定位算法的優(yōu)劣三邊測(cè)量法：易分析，通俗易懂，但是計(jì)算量較大，定位精度不確定，適應(yīng)環(huán)境能力差，是最基礎(chǔ)的定位算法；極大似然估計(jì)法：結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)變量、以及矩陣等知識(shí)，能夠較準(zhǔn)確的定位，當(dāng)然相應(yīng)的來(lái)說(shuō)所需的運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。 1 2 5 3 D 4 極大似然估計(jì)法原理圖當(dāng)然在已知節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息后，也可以通過(guò)以下的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位。 極大似然估計(jì)法由聲音能量衰減模型可知，為正態(tài)隨機(jī)變量，其滿(mǎn)足密度為N（）的正態(tài)分布，模型已假設(shè)背景噪音 ，所以可由各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)環(huán)境噪音測(cè)得。由于三邊定位算法易于接受，所以對(duì)這種算法進(jìn)行了研究，再與其它的算法進(jìn)行比較，可以進(jìn)一步對(duì)定位算法有一些深入的了解。A（xa,ya）B(xb,yb)D C(xc,yc) 三邊測(cè)量法原理示意圖圖表節(jié)點(diǎn)A,B,C為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，其坐標(biāo)分別為，三點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)D的距離分別為，假設(shè)D點(diǎn)坐標(biāo),則可得公式31 = = (31) =公式31是一個(gè)非線(xiàn)性方程，求解可得未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，如公式32 （32）式中：，分別是三個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，是未知節(jié)點(diǎn)到3個(gè)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)到未知節(jié)點(diǎn)的距離。 三邊測(cè)量法 多變測(cè)量方法是聲音能量定位方法的前提，而多變測(cè)量法方法又是從三邊測(cè)量方法引申而來(lái)的。經(jīng)過(guò)研究算法，出于對(duì)時(shí)間和認(rèn)知程度的綜合分析，本文著重討論兩種定位算法并對(duì)其進(jìn)行研究、分析、仿真，既三邊定位算法與極大似然定位算法。 設(shè)計(jì)思路分析題目閱讀資料，熟悉算法、確定思路整合編程結(jié)合題意計(jì)算仿真整理成果，編寫(xiě)論文準(zhǔn)備答辯 設(shè)計(jì)思路流程圖 本章小結(jié) 本章分析了聲音傳播規(guī)律，提出了聲音能量衰減模型，計(jì)算了節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)的能量值算法，又根據(jù)聲音信號(hào)的能量與它傳播距離的平方成反比而確定了節(jié)點(diǎn)與目標(biāo)聲源的位置關(guān)系及坐標(biāo)來(lái)分析了定位算法。在節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)較大的情況下，對(duì)于某些定位算法適當(dāng)?shù)脑黾右恍┕?jié)點(diǎn)會(huì)大大的提高定位的精度[15]。另外，不同的定位算法在不同的外界因素下都有其各種的優(yōu)缺點(diǎn)，所以在具體的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)情況選擇設(shè)計(jì)相應(yīng)的定位算法也是至關(guān)重要的。無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)需要用電池供電，所以選擇算法和相關(guān)的硬件時(shí)應(yīng)該盡量選取耗能小的，并且盡量選擇節(jié)點(diǎn)占用空間少并且定位較準(zhǔn)確的。此方法計(jì)算過(guò)程稍微繁瑣點(diǎn)，但是其計(jì)算的精度是非常高的。缺點(diǎn)為較為復(fù)雜。其優(yōu)點(diǎn)為計(jì)算方便簡(jiǎn)單，需要定位的節(jié)點(diǎn)較少，但是定位的精度、準(zhǔn)確度較低。此算法需要硬件的結(jié)合，在功耗和體積上面對(duì)定位節(jié)點(diǎn)提出了更高的要求[13]。此方法比到達(dá)時(shí)間法要準(zhǔn)確與好用些，因?yàn)樗鼘?duì)時(shí)間的精準(zhǔn)度與計(jì)算能力要求較低一些[13]。優(yōu)點(diǎn)是要求精度較高，缺點(diǎn)是無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸速度快，時(shí)間測(cè)量過(guò)程中很小的誤差都可能導(dǎo)致很大的距離誤差，其次也要求傳感器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力強(qiáng)[13]。RSSI有傳感器節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)功能，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，且對(duì)節(jié)點(diǎn)的成本和功耗無(wú)影響，因此這個(gè)方法早已被采用，缺點(diǎn)是在被遮蓋或折射會(huì)引起嚴(yán)重的測(cè)量誤差[13]。 基于聲音能量衰減模型提出WSN定位技術(shù)上式中通過(guò)將每個(gè)聲音傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到的電壓值轉(zhuǎn)化為聲音能量值，通過(guò)聲音信號(hào)的能量與它傳播距離的平方成反比這一結(jié)論可以就此算出各節(jié)點(diǎn)的位置，利用適當(dāng)算法進(jìn)而可以求出目標(biāo)節(jié)點(diǎn)位置，以下就是對(duì)算法具體分析研究。然而，傳感器有多點(diǎn)協(xié)作的的特點(diǎn)，同時(shí)，傳感器接收到信號(hào)的時(shí)間一般比聲源變化得快，所以，為了使目標(biāo)定位算法簡(jiǎn)潔而又不影響大的計(jì)算面，還是可以適當(dāng)?shù)暮雎赃@些細(xì)小的干擾。值得注意的是，以上計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收到的聲音能量的算法是在忽略了一定的因素之后得出的，（1）在不同采樣節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)時(shí)，目標(biāo)源的聲音突變使得接收信號(hào)不準(zhǔn)確，我們一般認(rèn)為采樣的頻率很高，可以忽略這一點(diǎn)。將節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的電壓值轉(zhuǎn)化為聲音能量值,代入模型估算出聲源的位置,從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位估計(jì)。 聲音能量衰減模型及算法的提出聲音能量衰減模型是基于聲音能量強(qiáng)度的目標(biāo)定位算法的基本研究目標(biāo),目標(biāo)計(jì)算模型決定了定位的準(zhǔn)確程度。其中，多數(shù)聲音傳感器的參數(shù)中規(guī)定0dB對(duì)應(yīng)1V／Pa。聲壓的測(cè)量比較易于實(shí)現(xiàn)，而且通過(guò)聲壓的測(cè)量也可以間接求得其他聲學(xué)參量，所以實(shí)際中聲音傳感器大多都是檢測(cè)聲壓值，聲音傳感器的參數(shù)中會(huì)提供靈敏度參數(shù)，靈敏度是麥克風(fēng)在單位聲壓激勵(lì)下輸出的電壓值，其單位是mV／Pa或V／Pa。(2)聲功率W：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于聲傳播方向面積的聲能量稱(chēng)為聲功率，單位瓦特(W)，它和聲壓的關(guān)系如式W=Pe2S/PoCo其中，Pe為聲壓，S為垂直于聲傳播方向的面積，PoCo為空氣的特性阻抗率一般取值為400 Ns/m3。描述聲波的最常見(jiàn)的基本物理量是聲壓、聲功率和聲強(qiáng)。 本章小結(jié)本章主要介紹了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展情況及定位方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)。在保證定位精度的基礎(chǔ)上，盡量降低信標(biāo)節(jié)點(diǎn)密度以減少網(wǎng)絡(luò)成本；:無(wú)線(xiàn)傳感器系統(tǒng)或者定位算法需具有較高的容錯(cuò)性和自適應(yīng)性，能夠通過(guò)自身調(diào)整或者