[发明专利]无线传感网节点定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感网节点定位方法。

背景技术

无线传感网是基于无线通信的具有智能判断能力的信息获取网络，它利用大规模散布的传感器节点探测相关物理量，对获取的物理量进行模式识别以得到探测目标的分类判断，并通过多个节点间信息的交互进行态势判断。网络中每个节点所处位置是进行态势判断时的重要参考因素，但在大多情况下节点位置未知，如何实现节点定位是传感网的重要支撑技术之一。

目前，在无线传感网的定位技术中，根据节点是否已知自身位置，把传感器节点分为信标节点和未知节点，其中，信标节点在网络节点中所占的比例较小，但其位置可精确获得，而未知节点需要通过信标节点的位置来确定自身位置。而传感网络中的对未知节点的定位算法又可分为基于距离的定位算法和与距离无关的定位算法两种，前者是根据未知节点到信标节点的距离等信息来获得未知节点的位置信息，具有定位准确度高的优点，后者仅根据信息的传递次数等来获得大致的位置估计，其成本相对低廉，但定位准确度低，因此，基于距离的定位算法已成为研究人员关注的焦点。

基于距离的定位算法通常分为三个阶段：测距阶段，定位阶段和修正阶段，即首先采用TOA(到达时间)、TDOA(到达时间差)、RSSI(接收信号强度指示)和AOA(到达角度)等方法进行测距，当未知节点通过前述各方法获得对于邻近信标节点的距离或角度等信息后，再通过三边测量法、三角测量法和极大似然估计法等方法来获得自身的位置信息，最后对精度进行校正。其中，在测距阶段中，常使用直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)技术，即采用比发送信息数据速率高许多倍的伪随机码(Pseudonoise，PN)对载有信息数据的基带信号进行频谱扩展，形成宽带的低功率谱密度的信号作为发送信号，接收端通过PN与接收到的信号进行相关处理后恢复出原有信号，直接序列扩频系统再利用发射和接收间的伪随机码关系即可实现测距定位，通常由于系统发送的电波中包含了快速变化的伪随机序列(Pseudonoise，PN)信息，当接收信号与原始信号的初始相位吻合时，其相关值的平方将在该相位处出现一个远高于其他相位的相关峰值。当传播时间长于伪随机码片持续时间时，接收端通过搜索本地伪随机码和所接收电波中伪随机序列的相关峰值，即可获得发送信息和本地码间存在的偏差，该偏差具体表现为码片的滞后个数(在精确的处理中可精确到采样点)。由于码片持续时间已知，通过滞后个数可获得时间差，由时间差和电波传输速率即可求得距离。由上所述可知，系统的测量精度很大程度上取决于码片的传输速率，且其测距方式主要为TOA(到达时间)或TDOA(到达时间差)。

尽管上述方式已在雷达测距、GPS中获得了广泛应用，但由于需要以某种方式在发射信息和接收本地伪随机码间建立联系，要么收发端同源，要么确立精准的定时系统来保证接收端本地码和发射端本地码的基本同时，而在传感网中的DSSS，虽然用于扩频的伪随机序列对于需要进行信息交互的所有节点已是已知，但各个节点按照自身设定时钟工作，扩频伪随机序列初始相位各不相同，尽管各节点可根据其他节点发送的信息进行本地伪随机序列的初始相位校正，但由于本地设定的初始相位和用于做校正的伪随机序列间可能存在差异(即反应延迟时间)，且该差异虽对不同时间的同一节点而言基本相同，但对不同节点而言，由于采用器件的性能差异，可能存在不同，因此，将扩频测距方式直接用于传感网节点的测距将难以实现，其原因如下：

(1)在收发同源处理模式中，设节点1发射信号，节点2接收并给出反馈信号。但在传感网中，节点2接收到节点1所发射的信号电波至节点2发出反馈信号的反应时间未知，且不同节点的该反应时间各不相同，同时也无法对该反应时间进行直接的测量。

(2)各节点分布分散，难以建立精确的定时系统来保证收发本地码的基本同时。

因此，如何解决现有传感网节点定位问题实已成为本领域技术人员亟待解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线传感网节点定位方法，以实现对无线传感网节点的空间定位。