第3课 定位技术

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1、1WSN: Theory and Applications一、I o T概述二、WSN概述三、路由协议四、拓扑控制五、定位技术六、目标跟踪七、时间同步八、信息融合 九、安全技术2第三课、定位技术物联网工程学院吴治海Email: Phone:18251547729Address:C4232011-9-22本节课主要内容提纲WSN定位技术的概述 定位算法的几种分类基于测距的定位技术 无需测距的定位技术 一篇WSN定位的文献 1. WSN定位技术的概述-基本含义 定位就是确定位置。定位的两种意义：一种是确定自己在系统中的位置；一种是确定目标在系统中的位置。位置信息的类型：物理位置指目标在特定坐标系下

2、的位置数值，表示目标的相对或者绝对位置；符号位置指在目标与一个基站或者多个基站接近程度的信息，表示目标与基站之间的连通关系，提供目标大致的所在范围。1. WSN定位技术的概述-基本含义 定位机制是定位机制是WSN的基本机制的基本机制 没有位置信息的检测消息是没有意义的； 应用：战场侦查、目标跟踪、入侵检测、灾难预报等。 节点定位是基本的定位机制节点定位是基本的定位机制 随机部署的网络，需要确定节点位置； 只有节点定位以后，才能确定节点检测事件的位置。1. WSN定位技术概述-技术指标 最重要的指标，指定位系统提供的位置信息的精确程度。 绝对精度指以长度为单位度量的精度；相对精度，通常以节点之间

3、距离的百分比来定义。覆盖范围是另一个重要指标，它和精度是一对矛盾。刷新速度是提供位置信息的频率。比如GPS每秒钟刷新1次。 精度覆盖范围超声波分米级十多米Wi-Fi和蓝牙3米100米GSMC系统100米公里级1. WSN定位技术的概述-算法特点 自组织性：节点随机分布，不能依靠全局的基础设施协助定位； 健壮性：节点测量数据时有误差，算法需具有良好的容错性； 能量高效：算法计算复杂度要小，减少通信开销，延长网络的生命周期； 分布计算：节点计算自身的位置，不能将信息集中到某个节点进行计算。本节课主要内容提纲WSN定位技术的概述 定位算法的几种分类基于测距的定位技术 无需测距的定位技术 一篇WSN定

4、位的文献 2.定位算法的几种分类节点位置计算方法定位算法分类（1）定位算法分类（2）定位算法分类（3）2.定位算法的几种分类：节点位置计算方法 已知A、B、C三个节点的坐标，以及它们到节点D的距离，确定节点D的坐标。三边测量算法2.定位算法的几种分类：节点位置计算方法 已知A、B、C三个节点的坐标，节点D相对于节点A、B、C的角度，确定节点D的坐标； 转换为三边测量法。三角测量算法2.定位算法的几种分类：节点位置计算方法 知1、2、3等n个节点的坐标，及它们到节点D到距离，确定节点D的坐标； 最小均方差估计算法。极大似然估计法2.定位算法的几种分类（1） 根据定位过程中是否测量实际节点间的距离

5、，把定位算法分为： 基于距离的（range-based）定位 利用测量节点间实际距离或方位计算未知节点位置； 距离无关的（range-free）定位 利用节点间的估计距离计算未知节点位置 。2.定位算法的几种分类（2） 根据定位过程中节点定位先后次序的不同，把定位算法分为： 递增式的（Incremental）定位 信标节点附近的节点首先开始定位，依次向外延伸，各节点逐次进行定位 ； 并发式的（Concurrent）定位 所有的节点同时进行位置计算 。2.定位算法的几种分类（3） 根据定位过程中是否使用信标节点的位置信息 ，把定位算法分为： 基于信标节点（beacon-based）定位 以信标节

6、点作为定位中的参考点，各节点定位后产生整体绝对坐标系统 ； 无信标节点的(beacon-free)定位 各节点先以自身作为参考点，将邻近节点纳入自己定义的坐标系中，相邻的坐标系统依次转换合并，最后产生整体相对坐标系统 。本节课主要内容提纲WSN定位技术的概述 定位算法的几种分类基于测距的定位技术 无需测距的定位技术 一篇WSN定位的文献 3. 基于测距的定位技术 基本思想：通过测量相邻节点间的实际距离或方位进行定位。 三个阶段： 测距阶段：未知节点首先测量到邻居节点的距离或角度，然后进一步计算到邻近信标节点的距离或方位； 定位阶段：未知节点在计算出到达三个或三个以上信标节点的距离或角度后，利用

7、三边测量法、三角测量法或极大似然估计法计算未知节点的坐标； 修正阶段：对求得的节点的坐标进行求精，提高定位精度，减少误差。3. 基于测距的定位技术 基于信号传播时间的定位（TOA）基于信号传播时间差定位（TDOA）基于接收信号强度的定位（RSSI） 基于接收信号角度的定位 (AOA) 3. 基于测距的定位技术-TOA 发射机接收机T0T1T2T32*)()(1203VTTTTd 基本思想： 已知信号的传播速度，根据信号的传播时间来计算节点间的距离，然后利用三边或极大似然估计法等计算出节点的位置。3. 基于测距的定位技术-TOA 定位过程： 发送节点的扬声器模块在发送伪噪声序列信号的同时，无线电

8、模块通过无线电同步消息通知接收节点伪噪声序列信号发送的时间，接收节点的麦克风模块在检测到伪噪声序列信号后，根据传播时间和速度计算发送节点和接收节点之间的距离；利用三边测量算法或极大似然估计算法计算出自身位置；3. 基于测距的定位技术-TDOA122112()*c cdTTcc 基本思想： 发射节点同时发射两种不同传播速度的无线信号，接收节点根据两种信号到达的时间差以及已知这两种信号的传播速度，计算两个节点之间的距离，然后利用三边或极大似然估计法等计算出节点的位置。3. 基于测距的定位技术- RSSI,0,0( )() 10 logr dBr dBdBdPdPdXd 基本思想：通过信号在传播中的