[发明专利]一种基于波的干涉的无线传感器网络节点角度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于波的干涉的无线传感器网络节点角度测量方法，属无线传感器网络定位技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是一种集微电子、通信、计算机和传感器技术于一体的网络，在民用、军事、工业等领域有着广泛的应用前景。定位技术作为WSN的关键技术之一，对目标监测和追踪等无线传感器网络应用有重要作用。

无线传感器网络的定位方法可以分为基于距离的定位算法(Range-Based)和距离无关的定位算法(Range-Free)。在基于距离的定位中，首先要测量未知节点与信标节点的距离或角度，然后利用三边或三角等定位法，根据测量出来的距离或角度计算出具体位置；距离无关的定位算法则无需距离和角度信息，仅根据网络连通性等信息即可实现。

基于到达角度算法(AOA)是一种常用的基于距离的传感器网络定位算法，在此算法中传感器网络未知节点通过多个超声波接收机感知传感器信标节点发射信号的到达方向，计算未知节点和信标节点之间的相对方位或角度，再通过三角测量法计算出未知节点的位置。AOA算法的缺点是需要大量的额外硬件，在硬件尺寸和功耗上不适用于大规模的传感器网络。

发明内容

为克服现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种基于波的干涉的无线传感器网络节点角度测量方法。

一种利用上述基于波的干涉的无线传感器网络节点角度测量方法，步骤如下：

1)传感器信标节点发送命令让成对工作的2台超声波发射机S1、S2工作，同时通知传感器待测节点准备接收超声波信号；

2)成对工作的2台超声波发射机S1、S2同时发出频率相同、初相位相同的超声波信号，在1-5秒内以匀速f’增加超声波信号的频率，其中f’为超声波信号源频率的变化速率；

3)传感器待测节点上的超声波接收机接收干涉后的合成超声波，把接收到的合成波数据传输给传感器待测节点；

4)待测节点进行数据处理，计算合成波强度的变化周期T或频率F；

5)如果待测节点无法计算出T或F，待测节点则通知信标节点无法测量，信标节点关闭该组超声波发射机S1、S2，启动另一组成对工作的2台超声波发射机S3、S4，重复步骤1)-4)，计算合成波强度的变化周期T或频率F；

6)待测节点利用已知参数超声波发射机间距2r、超声波速率v、超声波信号源频率的变化速率f’，根据公式θ=arcsin(v2rf′T)=arcsin(v2r·f′F)]]>计算信标节点和待测节点间的角度。

所述的传感器信标节点由传感器节点、GPS定位模块和超声波发射机模块组成，所述的传感器待测节点由传感器节点和超声波接收机组成；传感器节点和GPS定位模块通过数据线相连接；传感器节点和超声波发射机模块通过数据线相连接；传感器节点和超声波接收机通过数据线相连接；传感器信标节点和传感器待测节点通过无线通信相连接。

所述传感器节点用于接收、处理数据和与其他传感器节点通信，为现有通用产品。

所述GPS定位模块用于定位信标节点的位置坐标，为现有通用产品。

所述超声波发射机模块位于传感器信标节点上，两组超声波发射机S1、S2和S3、S4的性能参数完全相同，S1与S2之间和S3与S4之间的间距均为2r，S1与S2之间和S3与S4之间的连线互相垂直，S1、S2、S3和S4与连线交点等距离，均为r。

所述超声波接收机位于传感器待测节点上，用于接收传感器信标节点上超声波发射机发送的超声波经过干涉后的合成波信号。