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1、TDOA定位算法研究院系：专业：学号：指导 年月日毕业设计论文题目基于TDOA的定位算法研究专业学号学生指导教师答辩日期57 / 63摘要无线传感器网络可以看成是由数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三部分组成的.其主要组成部分是集成有传感器、数据处理单元和通信模块的节点, 各节点通过协议自组成一个分布式网络, 再将采集来的数据通过优化后经无线电波传输给信息处理中心.因此,其最重要的核心部位是节点传感器,应用的范围是面对广大使用用户和各种科技创新范围,其功能的关键所在是为用户提供可靠的、准确的、实时的研究数据.那么,定位技术作为将这个核心和关键连接的纽带,它的重要性不言而喻.本文首先通过调
2、查无线传感器网络的发展历程,然后再研究其能够实现的各种功能,结合国内外在其各个领域像组网方式等的研究现状,通过分析,在分析的过程当中选择研究方向,最后通过选择,在定位算法上得到了突破口,然后研究的后续内容得以展开.其次介绍了无线传感器的基础概念,分析其各个基本单元在其组成的网络当中的主要实现的功能,然后在其测距算法的类别中,介绍了三种经典算法理论,并同时与非测距算法对比,得出非测距算法的优越性,分析和研究目前已有的三种应用算法,最后整理出算法的改进方法.通过对于TDOA定位查恩算法、TDOA定位最小二乘法算法以与TDOA定位最小二乘法加权算法来进行研究,按照提高精度的思路,最终在三种算法基础上
3、尝试一种优化算法即进行质心处理的算法.然后用仿真软件matlab软件进行组网和仿真,并且最终通过matlab进行仿真并且得到成功的验证.然后大量的实验数据证明,通过质心加权处理的TDOA定位算法可以在实际中得到应用.关键词：无线传感器网络；chan算法；TDOA；质心加权；锚节点AbstractWireless sensor networks can be seen by the data acquisition network, data distribution network and control management center posed of three parts. The
4、main ponents of the integrated sensor, the data processing unit and a munication module nodes, each node through a distributed network protocol from the position, then the collected data via radio waves through the optimized transmission to the information processing center. Therefore, the most impo
5、rtant part of it is the core of the sensor nodes, in the face of broad range of applications and a variety of scientific and technological innovation with user scope, its key functions is to provide users with reliable, accurate, real-time research data. Then, positioning technology as this core and
6、 key connection link, its importance is self-evident.Firstly, by investigating the development process of the wireless sensor network, and then study its various functions can be achieved, at home and abroad in their various fields such as networking research status, through the analysis, the analys
7、is of the process of selection research direction, Finally, choose the positioning algorithms to get a breakthrough, and then a follow-up study to expand the content. Secondly introduces the basic concepts of wireless sensors to analyze the position of each basic unit in the network among its main f
8、unction, and location algorithm in its category, we introduce three classical algorithm theory, and also with non-Ranging algorithm parison algorithm derived non-ranging superiority, analysis and research three applications currently available algorithms, and finally sorted out the algorithm method.
9、By Chan for the TDOA algorithm, TDOA positioning method of least squares algorithm and weighted least squares method TDOA location algorithm to conduct a study to improve the accuracy in accordance with the idea, culminating in three algorithms based on an optimization algorithm that attempts to car
10、ry out centroid processing algorithm . Then use simulation software matlab software networking and simulation, and ultimately through matlab simulation and verification successfully. Then a large number of experimental data proved that through the centroid weighting process TDOA algorithm can be app
11、lied in practice.Keywords:wireless sensor networks,chan algorithm, TDOA, weighted centroid, time delay目录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 课题的来源11.2 课题的研究目的21.3 国内外研究现状31.4 本文的主要研究内容5第2章 无线传感器网络定位技术研究62.1 无线传感器网络的具体结构以与优势62.2 算法定义和相关参数102.3 无线传感器网络的基础定位算法112.3.1 TMM算法112.3.2 MLE算法122.3.3 非测距的WCL算法132.3.4 非测距
12、的迪维-跳数算法142.4 系统的设计标准与评价参数162.5 本章小结17第3章 TDOA定位算法193.1 TDOA算法概述193.2 TDOA算法的时延估计193.3 无线传感器网络的基础定位算法233.3.1 无线传感器网络的实验模型设置233.3.2 无线传感器网络的数学模型设置233.3.3 TDOA技术工程应用-查恩算法253.3.4 TDOA技术数学应用算法-最小二乘法253.3.5 TDOA技术最小二乘法的加权处理263.3.6 质心加权算法273.4 本章小结27第4章 TDOA算法的实验仿真与数据分析294.1 定位时延实验仿真设计与数据分析294.1.1 时延仿真系统的
13、设计294.1.2 时延仿真数据分析304.2 基于TDOA技术的定位算法仿真设计与数据分析314.2.1 时延仿真数据分析314.2.2 查恩算法实验仿真与数据分析314.2.3 最小二乘算法实验仿真与数据分析334.2.4 最小二乘算法加权处理后的实验仿真与数据分析354.3 基于质心加权处理算法的实验仿真与数据分析364.3.1 查恩算法实验仿真与数据分析364.3.2 最小二乘算法实验仿真与数据分析374.3.3 最小二乘加权算法实验仿真与数据分析384.4 本章小结40结 论41参考文献42附录147附录251第1章绪论1.1课题的来源近年来,无线通信、微电子技术、传感器技术以与嵌入
14、式计算等技术的不断进步,推动了低成本、低功耗无线传感器网络的发展,促使无线传感器网络成为当今活跃的研究领域.无线传感器网络是新型的传感器网络,同时也是一个多学科交叉的领域,与当今主流无线网络技术一样,均使用802.15.4 的标准.无线传感器网络由具有感知能力、计算能力和通信能力的大量微型传感器节点组成,强大的数据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛,可以被应用于国防军事、环境监测、交通管理、医疗卫生、目标跟踪等领域.在过去的几年中,无线传感器网络已获得越来越多的关注.美国的技术评论杂志在论述未来新兴十大技术时,将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术.此外,商业周刊预测的未来四大新技术中,无线
15、传感器网络也列入其中.由此可见,传感器网络是信息感知和采集的一场革命,它的出现将会给人类社会带来巨大的变革无线网络传感器的研究起始于20世纪90年代末期.其巨大的商业军事应用价值,吸引了世界上许多国家的关注.Intel、微软等IT业巨头开始了无线网络传感器方面的研究工作.日本、德国、英国、意大利等科技发达国家也对无线网络传感器表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作.我国在传感器网络方面的研究工作还很少,目前,国内一些高等院校与研究机构已积极开展无线传感器网络的相关研究工作,主要有清华大学、中科院软件所、#大学、哈尔滨工业大学、中科院自动化所、中国人民大学等.在无线传感器网络系统里,其最重要的核心部位是节点传感器,应用的范围是面对广大使用用户和各种科技创新范围,其功能的关键所在是为用户提供可靠的、准确的、实时的研究数据.定位技术作为将这个核心和关键连接的纽带,在其重要性上不言而喻,纵使传感器成本低廉、功能强大,传输网络速度飞跃提升,用户界面简洁易操控,而没有合理的定位技术,数据与用户就无法连接,即使连接,得到的数据也没有任何意义.因此,无线传感器网络的定位技术是处理单元的关键,很多科技工作者在此项研究上付出了诸多的努力,也初步得到了一些成效,同时也诞生了
