超宽带无线传感器网络定位技术研究

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实时且准确的位置感知在许多无线应用中扮演着重要的角色,因此无线定位技术的研究至关重要。由于超宽带信号具有定位精度高且适用于未来无线传感器网路应用的技术特点,本论文主要对基于超宽带信号的无线传感器网络定位技术进行研究。论文首先对定位问题进行综述,其中主要对定位问题进行了描述,介绍了常用定位参数的测量模型,进而对各种定位技术进行了简单的梳理,最后给出了评价定位算法性能的各种指标。在对定位问题进行系统介绍后,论文对基于距离测量的单参数定位算法进行了深入研究,我们在推导了克拉美罗下界的基础上,给出了最大似然估计和非线性最小二乘估计算法并使用了三种数字最优化算法对估计结果进行了迭代逼近。在对单参数定位算法进行研究的基础上,论文重点对混合参数定位算法进行研究,并在三个方面分别提出了创新算法。具体来讲,在TW-TOA/TDOA混合定位问题中,我们对该系统由于非理想时钟所带来的测量误差进行了分析,确定了最大误差来源于较长的应答时间。针对这个问题,我们提出了修正的TW-TOA-C测距协议,数字结果表明此协议能够有效消除较长转发时间带来的测量误差,从而提升测量精度。  在TW-TOA/RSS混合定位问题中,我们针对线性最小二乘定位算法提出选取TW-TOA测距数值最小的锚节点作为参考锚节点。仿真结果表明:当RSS测量方差远远大于TW-TOA测量方差时,该参考节点选取方法相比于传统方法能够提高定位精度。此外,我们还推导了各个测距方差不同情况下的加权线性最小二乘定位算法,仿真结果表明加权线性最小二乘定位算法的定位精度与参考节点的选择无关。  在AOA/RSS混合定位问题中,我们针对锚节点只具有发射功能且时间不同步以及目标节点无法获得其朝向信息的应用场景,提出了两步定位算法。该算法的第一步使用RSS测量对目标节点的位置进行粗估计,第二步借助此位置的粗估值将差分AOA测量转换为距离测量,进而完成对目标节点的定位。仿真结果表明:当RSS测量方差远远大于AOA测量方差时,两步定位算法相比于单独使用RSS或AOA测量的定位算法拥有更高的精度。  基于前面对定位算法的理论分析,论文介绍了一种基于脉冲幅度非相关检测的测距系统的硬件实现,为基于距离测量的定位系统的最终实现及应用打下了基础。最后对本论文的内容进行了总结并给出了未来研究的方向。  
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