IR-UWB無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于TOA的定位算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近幾年來發(fā)展迅速，并被逐漸應(yīng)用到軍事、醫(yī)療、環(huán)境檢測、生態(tài)學(xué)研究、目標(biāo)跟蹤等各個領(lǐng)域，其關(guān)鍵技術(shù)是節(jié)點(diǎn)定位。考慮到IR-UWB具有較強(qiáng)時間分辨力的特點(diǎn)，能夠用來進(jìn)行高精度節(jié)點(diǎn)定位，因此被廣泛應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層。本文針對IR-UWB無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定位問題進(jìn)行深入研究。
　　 本文首先介紹IR-UWB無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念以及此網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，并論述國內(nèi)外定位技術(shù)研究的現(xiàn)狀。接下來分析已有測距算法的優(yōu)缺點(diǎn)，

2、這些算法包括接收信號到達(dá)角度（AOA）、接收信號強(qiáng)度（RSSI）、接收信號到達(dá)時間差（TDOA）和接收信號到達(dá)時間（TOA），最后根據(jù)分析結(jié)果找到適合IR-UWB無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位的測距算法，即TOA算法。
　　 本文重點(diǎn)研究的是單節(jié)點(diǎn)定位。第一步完成測距，所以本文提出了基于優(yōu)化動態(tài)門限的TOA估計算法。已有TOA估計算法中，大部分基于固定門限，不能在任何可能的信噪比下進(jìn)行估計，有少數(shù)算法基于動態(tài)門限，能夠在任何可能信噪比下進(jìn)行

3、估計，但這些算法僅考慮了信號的幅值特性，卻忽略了其時延特性，使得統(tǒng)計量不完全，估計誤差較大。本章提出的基于優(yōu)化動態(tài)門限的TOA估計算法彌補(bǔ)了上述缺點(diǎn)。首先運(yùn)用能量檢測算法檢測出直達(dá)單徑（DP）所在能量塊：然后根據(jù)峭度、平均附加時延和均方根時延擴(kuò)展的組合，提取出最優(yōu)門限值并擬合出動態(tài)門限公式，進(jìn)而估計出DP所在位置，并以此計算出TOA值。本章還通過仿真對比，驗(yàn)證了算法的優(yōu)越性。
　　 影響定位精度的主要因素就是非視距（NFLOS）

4、誤差，所以本文關(guān)于節(jié)點(diǎn)定位的第二步就是視距（LOS）和非視距（NLOS）的識別與誤差抑制。目前主流的信道狀態(tài)鑒別研究多是針對蜂窩環(huán)境的，節(jié)點(diǎn)都是移動的，本章主要針對固定節(jié)點(diǎn)之間的NLOS情況進(jìn)行研究。首先通過信道估計獲得峭度、均方根時延和偏度等三個參量，然后借用聯(lián)合似然比理論的思想，將得到的參量進(jìn)行聯(lián)合，用于識別LOS和NLOS的狀態(tài)。與已有的識別方法相比，本章所提識別方法精度更高。此外，為了抑制NLOS誤差，在三段權(quán)值的基礎(chǔ)上，提出了