[發明專利]一種基于智能手機的傳感器網絡節點自定位方法

有效

• 申請號: 201510613496.4
• 申請日: 2015-09-23
• 公開（公告）號: CN105323772B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 王智;方文浩;文祥計;張磊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W64/00;H04W84/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種基于智能手機的傳感器網絡節點自定位方法，該方法以通用智能手機替代定制硬件模塊作為網絡節點，多個手機節點借助揚聲器和麥克風，依次發送2k?6kHz的線性調頻聲信號(LFM)，同時，不同的手機節點以固定頻率(44.1kHz)對其采樣。以廣義互相關的方式對采樣波形檢波，考慮到多徑效應，本發明用閾值法和時頻分析相結合的手段對其進行有效抑制，得到線性調頻聲信號的到達時間，再獲得不同節點間的距離信息，最后采用多維尺度分析(MDS)算法定位未知節點。本發明方法無需手機節點間的時鐘同步，且由于采用頻率固定，可通過采樣點數對聲信號到達時間精確估計，定位精度高，成本低，組網方便，前景廣泛。

技術領域

本發明涉及節點自定位方法，尤其涉及一種基于智能手機的傳感器網絡節點自定位方法。

背景技術

在傳感器網絡的應用中，節點的位置信息在傳感器網絡應用的諸多領域扮演者十分重要的角色，尤其是在GPS應用受限的室內外環境中。通過獲取節點的位置信息，不僅可以建立網絡的拓撲結構，進而實現節點的協作，而且對于數據融合和網絡管理來說也是至關重要的。目前對于節點自定位的方法與研究很多，本發明是一種以通用智能手機代替定制的硬件模塊作為傳感器節點，僅僅采用聲信號，利用MDS算法實現的節點自定位方法，適用于信標節點有限，而且硬件支持缺乏的情況下。

傳統的基于距離的自定位方法中，常用的方法主要是根據信標節點與未知節點之間的距離或者DOA(Direction of Arrival，波達方向角)采用三角形測量法或最大似然估計等方法對未知節點的位置進行估計。在這些方法中，多采用超聲波，無線等信號作為測量信號，傳感器節點也常常為專門定制的硬件模塊，成本高，移植性不強。不足之處主要有以下幾個方面：(1)超聲波和無線信號的應用需要額外的硬件支持，使得其便利性下降；(2)無線信號傳播速度快，對于到達時間測量的精度要求高；(3)需要不同硬件模塊之間的時鐘同步，存在無線信號同步到聲信號采集中間的時間延遲不確定性。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種以通用智能手機代替定制硬件模塊作為傳感器網絡節點的節點自定位方法。

為了實現上述的目的，本發明采取如下技術方案：一種基于智能手機的傳感器網絡節點自定位方法，包括以下步驟：

(1)將智能手機作為聲陣列傳感器網絡的節點，對聲陣列傳感器網絡進行系統部署，組建無線局域網；

(2)選擇聲陣列傳感器網絡中的一部智能手機作為控制節點，在其他手機節點的麥克風打開之后，控制它們依次發送和采樣LFM，即多路感知協議過程；

(3)對采樣獲得的波形進行檢波，抑制多徑效應的影響，借助TPSN協議的思想，獲得不同手機節點中聲信號的到達時間；

(4)根據各手機節點的聲信號的到達時間獲得不同節點間的距離，采用MDS的方法，對未知節點的位置進行估計。

進一步地，所述步驟(1)具體為：選擇其中一部手機作為控制節點，通過熱點共享的方式，建立無線局域網，并將其他節點接入該局域網；當接入手機節點的個數超過上限時，借助無線路由器建立無線局域網，此時，也可從傳輸數據的便利性出發，將PC接入該局域網。

進一步地，所述步驟(2)具體為：讓作為控制節點的手機控制其他手機節點實現多路感知協議，即在確保其他手機節點的麥克風打開之后，依次通過揚聲器發出2k-6kHz的LFM信號，同時，各手機節點的麥克風對其進行采樣。

進一步地，所述步驟(3)包括以下子步驟：

(3.1)采用廣義互相關的方法對各部手機采樣獲得的波形進行檢波，從而得到調頻聲信號的到達時間；