基于扩展剩余定理的WSAN节点测距定位技术研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cheng2008YING
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无线传感与激励网络(Wireless sensor and actuator networks, WSANs)是近年来提出的一种由无线传感器网络(Wireless sensor networks, WSNs)发展而来的新型网络,其一般由传感器节点和激励器节点组成。在无线传感与激励网络中,激励器节点通常具有高效的计算能力、较高的能量以及较大的功率,其可以对传感器节点发送过来的传感信息进行分析、比较、判断,并在必要的时候作出相应的反馈动作。因此,无线传感与激励网络具有远强于无线传感器网络的功能。类似于无线传感器网络,传感器节点位置信息在无线传感与激励网络中同样是一种关键信息。只有知道了准确的位置信息,传感器节点所感知的传感信息才有意义,激励器节点也才能前往事件发生地作出适当的动作反馈。因此,节点定位技术是无线传感与激励网络中的一项关键支撑技术。2009年,中国剩余定理(Chinese Remainder Theorem, CRT)首次被应用到无线干涉定位系统(Radio Interferometric Positioning System, RIPS)中进行测距。由于中国剩余定理可以很好的解决相位模糊问题,因此基于中国剩余定理的测距方法一般具有较好的估计精度。近年来,中国剩余定理逐渐被应用到无线传感与激励网络中进行测距,以实现对传感器节点的定位。为此,本文致力于基于中国剩余定理的测距定位技术的研究,主要工作包括:首先,本文分析研究了载波相位测量方法,重点研究了一种基于DFT相位的正弦波频率和初相的高精度估计方法,为后续研究打下了基础。其次,对目前已有研究的四种中国剩余定理的求解方法,即传统中国剩余定理、闭式的中国剩余定理、高效中国剩余定理以及多频中国剩余定理,进行了较详细的理论分析与性能比较。然后,将上述算法应用于无线传感与激励网络中对未知位置节点的测距,设计了相应的测距算法,分析了各算法的性能特点,并通过仿真实验分析比较了各自在估计精度、计算复杂度以及鲁棒性等方面的差异,并讨论了各算法的适用场景。接着,对一种新出现的广义中国剩余定理进行了改进,提出了一种基于广义中国剩余定理的距离估计新方法。该方法利用中国剩余定理的性质,通过查找各余数误差的统计中值,并将余数误差为统计中值的余数作为参考项,求解未知的节点间距离。理论分析和仿真结果表明,和原算法相比,该方法有效提高了正确估计的概率和估计精度。最后,对本文开展的各项工作进行了总结,对未来工作进行了展望。
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