[发明专利]声源端时延消除的频率检测无线传感器网络测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声源端时延消除的频率检测无线传感器网络测距方法。

背景技术

近年来，无线传感器网络成了研究的热点。它的应用非常广泛，从军事上的目标轨迹跟踪，到日常生活中的环境监测，无线传感器网络无处不在。在分布式无线传感器网络，特别是轨迹跟踪、定位等系统中，节点的地理位置信息非常重要。比如，在一个分布式智能传感器网络控制的移动机器人系统中，机器人的具体位置就非常重要。无线传感器网络中的定位，主要是通过测量节点之间的距离来完成的，也有少数的免测距定位方法。免测距定位不需要精确的位置信息，而基于测距的定位算法则需要通信节点之间的距离信息。

在最近的几年中，测距方面的研究已经做了很多工作。其中，最典型的测距方式是信号时间到达测距，称为TOA。在基于TOA的测距方法中，比如GPS测距，是计算RF信号在空中的运行时间。这种方法用到传感器网络中，会有很多限制。在一个低能耗的自主系统中，计算RF信号的传输时间存在很多问题。为了计算RF信号的传输时间，需要在传输节点和接收节点之间建立严格的时间同步机制，但是这个在类似mica2的硬件平台上是很难实现的。所以研究者开始利用声音信号来测距。声音信号的测量要容易些，因为它的传播速度相对较慢，而且利用RF可以很容易的达到时间同步。其中最成功的一种算法叫做信号到达时间差异算法，它是通过计算声音信号和射频信号的到达时间差来计算测距。其他的算法还有基于信号到达角(Angle ofArrival，AOA)，基于接收信号强度的算法(Received Signal Strength，RSS)和基于射频干涉距离的算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种声源端时延消除的频率检测无线传感器网络测距方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：

1)发送节点N_b在t₁时刻发送射频信号，接收节点N_b在t₄时刻接收到射频信号后，建立时间同步机制；

2)发送节点在时间间隔为Δ1的t₃时刻发送声音信号；

3)发送声音信号的命令的发出和实际声音信号发出存在时间上的误差，实际的声音信号发出时间为t₅，计算出这个时间间隔Δsounder，接收端在t₁₀时刻接收到声音信号；

4)计算声音信号的传播时间，t_SDE-TDoA＝(t₁₀-t₄)-Δ1-Δsounder，测量环境温度后，得知声音的传播速度，测得节点之间的距离；

5)利用校正公式，最后计算得出实际节点间的距离。

在室内环境、走廊环境、室外环境分别进行多次测量，分别得出三种环境下测试结果和实际距离的线性拟合曲线，对测试的公式进行校正，最后分别得出三种环境下的距离测量公式。

本发明具有的有益效果是：

采用声音信号测距，计算误差小，精度高，对硬件平台的要求低。

附图说明

图1是本发明实施例中发送节点和接收节点工作时序图。

图2是本发明实施例中走廊环境下数据校正图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

测距方法的原理如图1所示。图中竖线代表发送端与接收端，实线代表信号发送，虚线代表为统一时刻。节点a(记为N_a)与节点b(记为N_b)为一需测距的节点对。假定Δt为异步节点N_a与N_b系统时钟的差异，定义t_a、t_b分别为节点N_a、N_b系统时钟的当前时刻，则有Δt+t_a＝t_b，例如Δt+t₁＝t₂。