[發明專利]一種基于波的干涉的無線傳感器網絡節點角度測量方法

無效

• 申請號: 200910014706.2
• 申請日: 2009-02-24
• 公開（公告）號: CN101493515A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 陳滌;于建水
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01S3/802
• 分類號: G01S3/802
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司
• 代理人: 王緒銀

技術領域

本發明涉及一種基于波的干涉的無線傳感器網絡節點角度測量方法，屬無線傳感器網絡定位技術領域。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN)是一種集微電子、通信、計算機和傳感器技術于一體的網絡，在民用、軍事、工業等領域有著廣泛的應用前景。定位技術作為WSN的關鍵技術之一，對目標監測和追蹤等無線傳感器網絡應用有重要作用。

無線傳感器網絡的定位方法可以分為基于距離的定位算法(Range-Based)和距離無關的定位算法(Range-Free)。在基于距離的定位中，首先要測量未知節點與信標節點的距離或角度，然后利用三邊或三角等定位法，根據測量出來的距離或角度計算出具體位置；距離無關的定位算法則無需距離和角度信息，僅根據網絡連通性等信息即可實現。

基于到達角度算法(AOA)是一種常用的基于距離的傳感器網絡定位算法，在此算法中傳感器網絡未知節點通過多個超聲波接收機感知傳感器信標節點發射信號的到達方向，計算未知節點和信標節點之間的相對方位或角度，再通過三角測量法計算出未知節點的位置。AOA算法的缺點是需要大量的額外硬件，在硬件尺寸和功耗上不適用于大規模的傳感器網絡。

發明內容

為克服現有技術的缺陷和不足，本發明提供一種基于波的干涉的無線傳感器網絡節點角度測量方法。

一種利用上述基于波的干涉的無線傳感器網絡節點角度測量方法，步驟如下：

1)傳感器信標節點發送命令讓成對工作的2臺超聲波發射機S1、S2工作，同時通知傳感器待測節點準備接收超聲波信號；

2)成對工作的2臺超聲波發射機S1、S2同時發出頻率相同、初相位相同的超聲波信號，在1-5秒內以勻速f’增加超聲波信號的頻率，其中f’為超聲波信號源頻率的變化速率；

3)傳感器待測節點上的超聲波接收機接收干涉后的合成超聲波，把接收到的合成波數據傳輸給傳感器待測節點；

4)待測節點進行數據處理，計算合成波強度的變化周期T或頻率F；

5)如果待測節點無法計算出T或F，待測節點則通知信標節點無法測量，信標節點關閉該組超聲波發射機S1、S2，啟動另一組成對工作的2臺超聲波發射機S3、S4，重復步驟1)-4)，計算合成波強度的變化周期T或頻率F；

6)待測節點利用已知參數超聲波發射機間距2r、超聲波速率v、超聲波信號源頻率的變化速率f’，根據公式θ=arcsin(v2rf′T)=arcsin(v2r·f′F)]]>計算信標節點和待測節點間的角度。

所述的傳感器信標節點由傳感器節點、GPS定位模塊和超聲波發射機模塊組成，所述的傳感器待測節點由傳感器節點和超聲波接收機組成；傳感器節點和GPS定位模塊通過數據線相連接；傳感器節點和超聲波發射機模塊通過數據線相連接；傳感器節點和超聲波接收機通過數據線相連接；傳感器信標節點和傳感器待測節點通過無線通信相連接。

所述傳感器節點用于接收、處理數據和與其他傳感器節點通信，為現有通用產品。

所述GPS定位模塊用于定位信標節點的位置坐標，為現有通用產品。

所述超聲波發射機模塊位于傳感器信標節點上，兩組超聲波發射機S1、S2和S3、S4的性能參數完全相同，S1與S2之間和S3與S4之間的間距均為2r，S1與S2之間和S3與S4之間的連線互相垂直，S1、S2、S3和S4與連線交點等距離，均為r。

所述超聲波接收機位于傳感器待測節點上，用于接收傳感器信標節點上超聲波發射機發送的超聲波經過干涉后的合成波信號。