基于角度的无线传感器网络定位算法研究

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无线传感器网络是一种由带着无线通信装置的终端节点组成的多跳的、对等的自治系统。由于其无需架设网络基础设施,组网快速灵活,具有抗毁性强,低成本和易于维护等优点,在战场通信、抢险救灾、环境监测、交通管理、医疗卫生、野外科考、个人通信等领域有着广泛的应用,应用前景十分广阔。   在无线传感器网络中,节点位置定位技术占有极其重要的地位,是一个重要的支撑技术,大部分应用都是基于节点位置信息的基础上展开的。因此,一种轻量级、高精度和高效率的定位算法对于无线传感器网络的应用具有现实的应用意义。基于角度的定位技术一般在锚节点装备天线阵列,通过MUSIC算法得到信号波达方向,然后利用锚节点和信号波达方向可以准确估计出未知节点的位置。本文分析MUSIC算法存在的一些缺点,如估计角度数受阵元数限制,提出利用二阶共轭扩展的MUSIC算法来进行无线传感器网络节点位置估计。二阶共轭扩展的MUSIC算法对天线阵列输出信号进行二阶共轭扩展,扩展出更多的虚拟矩阵,节点能突破阵元数的限制估计出更多的信号波达方向,并能提高精度。仿真结果表明,使用二阶共轭扩展的MUSIC算法的节点定位方法能获得更高的定位精度,并且计算量相对较小。   另外,在无线传感器网络的仿真中,很多研究的仿真都只是针对自己研究的方向,而忽略了无线传感器网络中其他因素的影响。我们研究无线传感器网络的定位算法,不能只简单的研究定位算法的性能,而应该考虑到影响到定位性能的更多因素。目前的一些无线传感器网络仿真平台都是基于NS-2等其他仿真软件的,而没有在Matlab上实现过。因此,设计一个基于Matlab的无线传感器网络定位算法仿真平台也很有必要。本文设计的仿真平台采用模块化的方法,考虑了场景、节点分布、传输环境等因素,并提供了一个图形化控制界面,为定位算法的验证提供了很好的帮助,也为其他研究提供了基础。
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