UWB的无线传感器网络的定位技术

1、uwb的无线传感器网络的定位技术在无数无线网络(wsn)应用中，没有节点位置信息的监测往往毫无意义。当监测到大事发生时，关怀的一个重要问题就是该大事发生的位置，如森林火灾监测，自然气管道泄漏监测等。这些大事的发生，首先需要知道的就是自身的地理位置信息。定位信息除了用来报告大事发生的地点外，还可用于目标跟踪、目标轨迹预测、帮助路由以及网络拓扑管理等。因此节点定位问题已成为无线传感器网络的一个首要解决的问题。1 问题描述超宽带(ultra widebanol，uwb)通信技术是一种以ns级的冲击脉冲在短距离内高速传输数据的无线通信技术。这种通信技术具有隐蔽性好、穿透能力强、定位精度高以及功耗低等特

2、点，在无线传感器网络的测距、定位应用中，具有非常重要的现实作用，并己经应用到实际物资供给跟踪定位中。uwb信号具有十分宽的带宽，将其应用于toa定位办法有助于实现较高的测距精度。然而，在实际应用环境经常浮现多径干扰，此时uwb直达信号难以精确检测。因而，本文提出了通过含糊规律技术对首次到达信号时光和最强信号时光举行加权来得到直达信号到达时光的办法，使得uwb在无线传感器网络节点定位中的应用成为可能。2 toa距离估量办法对于一个单路径加性白噪声(additive white gaussian noise，awgn)信道条件，可以利用toa测距的距离估量根均方差：其中，s(f)为发送的传输信号的

3、傅立叶变换。明显，估量的根均方差同信号的rsnr和有效带宽有关，rsnr和有效带宽越大，估量的根均方差越小。因为uwb信号带宽十分宽，uwb无线信号应用基于时光的技术可实现相对精确的定位。普通状况下，toa定位办法是利用检测接收信号中的直达路径的到达时光，来测量通信收发节点间的距离。因此，对直达路径信号到达时光的精确估量是至关重要的。本文所研究的节点定位办法针对的是典型的无线传感器网络。普通来说，通过检测接收到信号的幅度是否最大来确定直达信号的到达时光，但是这种办法在多径条件下难以达到较高的测量精度。典型多径环境下的uwb接收信号1所示。直达信号(direct path)并非首次到达信号(fi

4、rst path，与门限有关)或幅度最强信号(strongest path)，因此在这种状况下，用法首次到达信号或幅度最强信号的到达时光都不能精确估量放射端节点和接收端节点之间的距离。可以利用最大似然估量法检测直达路径信号的到达时光来计算传感器节点之间的距离，但在复杂多径环境下简单造成信号波形的失真，因此有一定的实现难度。针对uwb直达信号难以精确检测的特点，本文提出通过对首次到达信号时光和最强信号时光举行加权来得到直达信号到达时光，其加权系数由含糊规律技术获得。3 基于含糊规律的权值选取设uwb信号在t0时刻被发送，在接收端节点接收到的首次到达信号和幅度最强信号的到达时刻分离为tf和ts，而

5、直达信号到达时刻通过下式计算：其中c=3108ms，为信号在自由空间的传扬速度。这里用法含糊规律技术来选取权值a。设首次到达信号和幅度最强信号的幅度分离为ef和es，并定义e=|ef|es|，tr=(tf- t0)(ts-t0)。er和tr为含糊规律函数的输入，a为输出。er、tr和a分离定义了低、中、高3个值。挑选a值的规章如表1所列。4 分析对测得的多径环境下的uwb接收信号办法的测距精度举行验证，并结合节点定位技术，对节点举行定位。er，tr和a的隶属函数2所示。取放射信号时刻t0=0，在接收端分离记录下首次到达信号时刻tf，幅度最强信号的到达时刻ts，首次到达信号幅度ef和幅度最强信号的幅度 es。分离计算出含糊规律的输入值er、ts，按照隶属函数，可以得到a。将tf、ts、a代入(3)式即可得到直达信号到达时刻t，进而结合(4)式计算出两点之间的距离。假设有三个参考节点(0，0)、(10，0)、(10，10)，盲节点到参考节点的实际距离分离为620、288、946，利用三边测量法可以获得节点的位置，如表