[发明专利]一种基于无线传感器网络的电磁频谱信号定位方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络定位技术领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的电磁频谱信号定位方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是当前国际上备受关注的、多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络技术具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业控制、环境监测、抢险救灾、防空反恐、微型区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和实用价值。

电磁频谱空间是最复杂的空间之一，自然界的各种物理现象都会产生不规则的干扰频率，而且干扰的种类，频率范围，持续时间都没有规律。随着科技的发展，在各行各业及军事场景下，无线射频技术应用的日益增多，空间电磁信号变得更加拥挤和复杂，这给区域内电磁信号的监测、管理、分配和使用带来了诸多问题。

为保障频谱资源合理有序的使用和无线通信网络的正常运行，需要运用先进的技术手段和设施，针对空间电磁环境状况进行分析与评估，对影响正常通信的杂乱信号源进行定位。传统的集中式台站电磁信号监测设备体积过大，不利于室外监测定位，造价过高，当监测设备距离信号源超过一定距离时会造、成定位结果不准确。利用无线传感器网络进行分布式定位有着诸多优点，价格较为低廉、由于体积小便于布设，传感器节点可以距离信号源更近，定位结果准确性和精度更高。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于无线传感器网络的电磁频谱信号定位方法，实现对空间内电磁频谱信号的分布式定位，提升定位的准确性和精度。

一种基于无线传感器网络的电磁频谱信号定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(A)在监测区域内部署配备GPS的传感器节点、汇聚节点、信息处理中心节点，构建基于无线传感器网络的电磁信号定位系统；

(B)系统开始工作后，传感器节点通过携带的探头对空间电磁信息进行监测，并将接收到电磁频谱信号发送到汇聚节点；

(C)汇聚节点将电磁频谱信号通过多跳通信转发到信息处理中心节点；

(D)信息处理中心节点通过分析传感器节点上报的定位数据，并根据时差定位算法对数据进行处理，确定电磁信号源的位置。

更进一步的，步骤(A)中所述的电磁信号定位系统包括电磁信号监测层、信息汇聚层和信息处理中心层；电磁信号监测层是电磁信号定位系统的最底层，由采集电磁信号的传感器节点组成；所述的信息汇聚层由汇聚节点组成，接收并转发传感器节点上报的电磁信号数据；所述的信息处理中心层由中心节点组成，用于电磁信号数据分析处理。

更进一步的，所述步骤(B)中传感器节点将电磁信号发送到汇聚节点是通过簇内通信进行传输的。

更进一步的，所述步骤(D)包括以下步骤：

(1)信息处理中心节点根据时差节点选择策略，将接收到电磁信号能量强度最高的三个传感器节点作为时差定位节点；

(2)信息处理中心节点对所选择的时差定位节点上报数据进行时差估计和时差配对；

(3)信息处理中心节点对时差估计和时差配对后的数据进行分析，确定电磁信号源所发射的信号到达上述三个时差定位节点的时间差，并根据TDOA算法，利用速度约束、误差约束和假设检验，确定电磁信号源的位置。

本发明的优点在于：传统的台站式信号监测仪器设备体积过大不利于室外部署，而本发明的无线传感器网络体积很小，容易布设；将无线传感器网络应用到电磁信号定位当中，使得监测节点可以更加接近信号源，增加了定位的准确度和精度。

附图说明

图1传感器网络电磁信号定位系统拓扑示意图；

图2时差定位算法框图；

图3基于传感器网络的电磁信号定位流程图。

具体实施方法

以下结合附图及实例对本发明作进一步说明：

一种基于无线传感器网络的电磁频谱信号定位方法，其特征在于包括以下步骤：

(A)在监测区域内部署配备GPS的传感器节点、汇聚节点、信息处理中心节点，构建基于无线传感器网络的电磁信号定位系统，所述的电磁信号定位系统包括电磁信号监测层、信息汇聚层和信息处理中心层。