《GPS信号定位测量技术.docxVIP

GPS 信号遮蔽下的定位技术和测量技术作者A、作者B、作者C（作者单位：北京市朝阳区****************）摘要: 无线传感器网络(WSN) 的许多应用都需要知道节点的位置,在某些环境下还需要获得节点的相对位置. 本文以WSN 的特点为基础,首先介绍了接收信号强度的理论知识,进而提出一种优化的基于测距的定位算法:在应用中的多用户情况下,节点采用多跳方式进行通信,在信标节点冗余的情况下,针对不同信标节点位置范围,建立定位误差最小的相应信标节点库,继而对不同位置范围的待测节点优化选取其定位采用的信标节点,最后将由未知节点接收到的信号强度得到的多用户间的距离进行差值,优化求解非线性方程组,提高算法性能. 仿真结果表明,本文中的RSSI WSN 差值定位算法比传统的RSSI 定位算法拥有更好的定位性能.关键词: 无线传感器网络;RSSI定位引擎;线形方程1引言目前GPS的定位精度的提高和在应用领域的广泛使用已经成为定位技术非常重要的部分，基于GPS的行业应用已经遍及各行各业。GPS定位的原理并不复杂：主要利用几颗卫星的测量数据计算出一个移动用户的位置、精度、维度和高度，GPS利用4颗卫星定位，并利用到达时间（TOA）的原理计算处理数据。GPS的优点显而易见：卫星有效覆盖范围大，定位导航信号免费，但是这个优点也带来了不可避免的缺点：定位信号到达地面时较弱，不能穿透建筑物，而且定位器终端的成本较高。在应用领域定位需求无处不在，当需要定位的物体位于建筑物内时，GPS不能满足特定需求，例如：在地下室，矿山巷道内，高架桥等等应用环境下，由于信号中断GPS甚至无法工作。这样在测量和定位领域内应用的技术就出现了盲区，而对实际应用而言，就必须采用技术手段解决这一问题。围绕这个为题的解决提出不少方案，例如导航应用领域的陀螺仪技术、和移动电话提供商绑定的基于无线电话网络基站定位的IGPS、WIFI定位、蓝牙定位技术、RF ID定位技术等等。在各个行业领域都有典型的应用，是采用IEEE802.15.4协议的无线传感器网络定位技术越来越收到业内关注。该技术的原理是：基于网络定位，根据测量的网络数据计算出移动的终端所在的位置，通过移动终端盒接收器之间的接收信号的强度进行距离估算，从而算出移动终端的物理位置，通过接收到信号的强度RSSI来计算距离，RSSI值与距离成反比关系。采用此技术构建的无线网络定位系统主要包括两类节点：参考节点和移动节点。参考节点的位置是确定的静态节点，不参与定位计算，而移动节点是可移动的，在参考节点覆盖的范围内任意移动，移动节点通过接收区域内所有参考节点的RSSI值，通过定位计算确定自身的坐标位置。最基本的定位系统由1个定位节点和3个参考节点组成，采用更多的参考节点可以提高定位的精度。相对其他定位技术而言，无线传感器网络定位技术分辨率可达到0.25米，定位精度3到5米，在这两项关键指数上面表现优异。2.技术原理室内无线网络定位的技术关键组成有两个：射频（RF）技术和基于IEEE802.15.4协议的设备内嵌定位引擎。就硬件架构而言，与GPS相比定位引擎单元在单芯片RF收发器中与内置的微处理器MCU集成在一起，这也构成了其硬件实现的成本低，功耗小的特点。从应用领域来看定位引擎实现不局限在室内，也可用与室外，同时使用有现成的无线局域网，无需安装移动的接收天线的优点。无线网络定位技术的实现也符合技术发展的特点，遵循循序渐进的技术实现路线。前期的典型实现是数据密集型计算，顾名思义首先读取计算节点位置的参数，然后将相关信息传送到中央数据采集点对节点位置进行计算，最后，又将节点位置的有关参数传回至该节点。这种计算节点位置的方法缺点是进行相关计算所需要的流量将随着节点数量的增加而呈指数级速度增加，估限制了其应用范围只适用于小型的网络和有限的节点数量。目前，采用分布式定位计算方法越来越成为无线网络定位技术的主流。这种计算方法并不复杂，即根据从距离最近的参考点（其位置是已知的）接收到的信息，对节点进行本地计算，确定相关节点的位置。2.1定位引擎技术无线网络技术的定位技术核心无疑是定位引擎，而其技术实现的原理却不复杂，即利用三角测量原理计算坐标。三角测量一种常用的目标定位方法，它用多个点与目标之间的距离来计算目标的坐标位置。具体来说，在一个二维坐标系统中，最少需要到三个参考点的 距离才能唯一确定一点的坐标。这个定位方法可以扩充到三维的情况，只需要简单地加入第4个参考点，此方法类似于GPS的定位技术。三角测量问题可以阐述为：给定一组参考点，,和一组距离测量，通过下面的线形方程来解出未知的，，：从上面的联立方程式中解出的u即为移动节点的定位坐标。定位引擎根据RSSI来计算所需定位的位置该技术硬件要求较低、算法相对简单，在实验室环境中表现出良好特性，但由