一种基于TDOA与三角形加权质心定位的混合算法

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一种基于TDOA 与三角形加权质心定位的混合算法

A Hybrid Algorithm Based On TDOA And Triangle Weighted Centroid Localization

(1.兰州大学;2.总参谋部通信训练基地)

傅涛

1,2

杨凌

1

李晓燕

1

闫胜武

1

FU Tao YANG Ling LI Xiao-yan YAN Sheng-wu

摘要:提出一种基于TDOA 与三角形加权质心定位的混合算法,该算法仅采用三个信标节点,充分利用节点的数据处理单元和通信单元,通过三角形加权质心定位算法得到一个定位信息,同时待定节点充分利用接收信号进行相关运算,求时差得到另一个定位信息。对两组定位信息比较、取均值,得到相对稳定的定位信息,实验证明该算法不仅减小了定位误差,提高了定位精度,而且解决了TDOA 的模糊定位问题。

关键词:TDOA;信标节点;三角形加权质心定位;混合定位

中图分类号:TP393

文献标识码:A Abstract:A hybrid algorithm based on TDOA and triangle weighted centroid localization was proposed.This algorithm only used

three beacon nodes,make full use of the data processing unit and node communication unit,We can get a location information through the triangle weighted centroid localization algorithm,and at the same time,an Unknown node make full use of accept signal related calculation,for time to get another location information.For both groups positioning information comparison,Calculate average and get a relatively stable location information,the experiment shows that this algorithm not only improve location accuracy,reducing the positioning error,and solve the problem of the fuzzy TDOA localization.

Key words:TDOA;Beacon nodes;Triangle weighted centroid localization;Hybrid localization

文章编号:1008-0570(2012)10-0395-02

1引言

在无线传感器网络(WSN)中,没有位置信息的监测消息是毫无意义的,因而节点定位技术成为无线传感器网络中的一项关键支撑技术。依据定位过程中是否需要测量实际节点间的距离,可将WSN 定位算法分为基于测距定位算法(Range-Based)和基于非测距定位算法(Range-Free)。前者包括:到达时间法

(TOA)、

到达时间差法(TDOA)、到达角度法(AOA)、信号强度法(RSSI)等。后者包括:质心算法、DV-HOP 算法、Amorphous 算法和APIT 算法等。事实上,每种定位算法都有其适用范围和局限性,因而本文提出一种基于TDOA 与三角形加权质心定位的混合算法。

2TDOA 双曲线定位算法

WSN 中传统的TDOA 测距技术是利用两种不同信号(一般是射频信号和超声波)到达同一节点所产生的时间差来确定节点间的距离,不仅增加了硬件成本和体积,而且应用规模受限,不符合本文要求,而移动通信系统中的TDOA 作为一种双曲线定位技术,可以很好的移植到WSN 当中,在不增加节点硬件成本的情况下完成节点定位功能。

2.1TDOA 定位算法原理如图1所示,假设A(x A ,y A )、B(x B ,y B )、C(x C ,y C )是三个信标节点,O(x,y)点是待定节点,T ij 表示信号从i 点到待定节点所用时间与信号从j 点到待定节点所用时间差,v 表示信号传播速度,d ij 表示待定节点到信标节点i 和j 点的距离差,解以下双曲线方程组即可得出未知节点的坐标,但此种方法存在模糊定位问题,可能存在双解两交点的情况,需要优化。

2.2TDOA 互相关方法数学模型

TDOA 算法关键在于得到两个信标节点到待定节点的时间差T 。直接计算TOA 需要节点达到严格同步,会大幅度增加节点的成本和能量消耗,实现起来困难,所以本文采用互相关技术求解时间差T,从而达到不增加节点硬件成本的效果。

如图1所示,当待定节点发起请求定位信号时,信标节点A 和B 发射的连续波信号为s(t),经传输后受到噪声干扰,待定节点O 接收到信号分别为x 1(t)、x 2(t):

由(2)式化简可得(3)式:

式中:T 是传输时延,T=d 1-d 2;A 为幅度比,A=A 1/A 2,则待定节点接收到信号的互相关函数为:

根据自相关函数的性质,,可以用互相关函数达到极大值来估计时延差T 。当取极大值时,τ就是我们需要测算的到达时间差T 的值,将T 代入公式,得解。

3基于RSSI 的定位算法

3.1基于RSSI 的三角形质心定位算法

傅涛:讲师硕士研究生

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