TOA和TDOA定位方法
發(fā)布時(shí)間:2012/3/31 19:27:35 訪問(wèn)次數(shù):11298
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距技術(shù)中已經(jīng) HCPL-M456-500E講解了TOA和TDOA的測(cè)距原理，本節(jié)具體介紹TOA和TDOA的定位過(guò)程。
Girod L等利用TOA測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)定位，由于聲波相對(duì)于無(wú)線射頻信號(hào)而言，具有成本低，硬件復(fù)雜度低，有利于發(fā)送方和接收方時(shí)間同步，包含多種波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，該文獻(xiàn)選擇使用聲波測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)中假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包含一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)發(fā)射一種命名為chirp的聲波，并且同時(shí)在該聲波中包含了發(fā)送時(shí)以告訴接收者。當(dāng)接收機(jī)收到chirp聲波后從中提取發(fā)送時(shí)間，利用聲波在大氣中的傳播模型計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出與多個(gè)臨近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離后，可以利用三邊定位法或者極大似然估計(jì)法計(jì)算自身位置。
該算法建立在COTS硬件基礎(chǔ)上，墓于PC運(yùn)行的Linux平臺(tái)，采用偽噪聲序列信號(hào)作為聲波信號(hào)，使用標(biāo)準(zhǔn)的聲卡發(fā)射和捕獲偽噪聲序列信號(hào)。另外，還有揚(yáng)聲器模塊和麥克風(fēng)模塊。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包在MAC層，網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序等地方的等待時(shí)間的變化容易產(chǎn)生同步錯(cuò)誤。為了克服這個(gè)問(wèn)題，作者用一個(gè)線束連到并口，編寫從并口針腳捕獲中斷的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，立刻記錄時(shí)間戳，同時(shí)在記錄的時(shí)間序列中加入同步脈沖到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的麥克風(fēng)模塊，這樣很好地解決了同步錯(cuò)誤問(wèn)題。
從整體上來(lái)講，基于TOA的定位實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，定位精度高，但是要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，這樣對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。
基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用已經(jīng)不再陌生，前面講述的Cricket系統(tǒng)就是一個(gè)很好的應(yīng)用，定位原理將不再重復(fù)。下面重點(diǎn)介紹另一個(gè)基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用-AHLos( Ad-Hoc Localization System)系統(tǒng)。
AHLos系統(tǒng)‘41在初始階段已經(jīng)通過(guò)人工配置或者使用GPS定位技術(shù)使一小部分節(jié)點(diǎn)成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)未知節(jié)點(diǎn)的定位是一個(gè)逐步迭代的過(guò)程。首先信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)通過(guò)TDOA方法測(cè)得與周圍臨近節(jié)點(diǎn)的距離和接收到的位置信息使用相應(yīng)的定位算法計(jì)算自身的位置。一旦未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的位置便轉(zhuǎn)化成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)并向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，使其他未知節(jié)點(diǎn)獲取更多的定位信息。這樣依次迭代直到網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點(diǎn)均計(jì)算出自己的位置。
Girod L等利用TOA測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)定位，由于聲波相對(duì)于無(wú)線射頻信號(hào)而言，具有成本低，硬件復(fù)雜度低，有利于發(fā)送方和接收方時(shí)間同步，包含多種波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，該文獻(xiàn)選擇使用聲波測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)中假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包含一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)發(fā)射一種命名為chirp的聲波，并且同時(shí)在該聲波中包含了發(fā)送時(shí)以告訴接收者。當(dāng)接收機(jī)收到chirp聲波后從中提取發(fā)送時(shí)間，利用聲波在大氣中的傳播模型計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出與多個(gè)臨近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離后，可以利用三邊定位法或者極大似然估計(jì)法計(jì)算自身位置。
該算法建立在COTS硬件基礎(chǔ)上，墓于PC運(yùn)行的Linux平臺(tái)，采用偽噪聲序列信號(hào)作為聲波信號(hào)，使用標(biāo)準(zhǔn)的聲卡發(fā)射和捕獲偽噪聲序列信號(hào)。另外，還有揚(yáng)聲器模塊和麥克風(fēng)模塊。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包在MAC層，網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序等地方的等待時(shí)間的變化容易產(chǎn)生同步錯(cuò)誤。為了克服這個(gè)問(wèn)題，作者用一個(gè)線束連到并口，編寫從并口針腳捕獲中斷的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，立刻記錄時(shí)間戳，同時(shí)在記錄的時(shí)間序列中加入同步脈沖到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的麥克風(fēng)模塊，這樣很好地解決了同步錯(cuò)誤問(wèn)題。
從整體上來(lái)講，基于TOA的定位實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，定位精度高，但是要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，這樣對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。
基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用已經(jīng)不再陌生，前面講述的Cricket系統(tǒng)就是一個(gè)很好的應(yīng)用，定位原理將不再重復(fù)。下面重點(diǎn)介紹另一個(gè)基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用-AHLos( Ad-Hoc Localization System)系統(tǒng)。
AHLos系統(tǒng)‘41在初始階段已經(jīng)通過(guò)人工配置或者使用GPS定位技術(shù)使一小部分節(jié)點(diǎn)成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)未知節(jié)點(diǎn)的定位是一個(gè)逐步迭代的過(guò)程。首先信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)通過(guò)TDOA方法測(cè)得與周圍臨近節(jié)點(diǎn)的距離和接收到的位置信息使用相應(yīng)的定位算法計(jì)算自身的位置。一旦未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的位置便轉(zhuǎn)化成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)并向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，使其他未知節(jié)點(diǎn)獲取更多的定位信息。這樣依次迭代直到網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點(diǎn)均計(jì)算出自己的位置。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)距技術(shù)中已經(jīng) HCPL-M456-500E講解了TOA和TDOA的測(cè)距原理，本節(jié)具體介紹TOA和TDOA的定位過(guò)程。
Girod L等利用TOA測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)定位，由于聲波相對(duì)于無(wú)線射頻信號(hào)而言，具有成本低，硬件復(fù)雜度低，有利于發(fā)送方和接收方時(shí)間同步，包含多種波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，該文獻(xiàn)選擇使用聲波測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)中假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包含一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)發(fā)射一種命名為chirp的聲波，并且同時(shí)在該聲波中包含了發(fā)送時(shí)以告訴接收者。當(dāng)接收機(jī)收到chirp聲波后從中提取發(fā)送時(shí)間，利用聲波在大氣中的傳播模型計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出與多個(gè)臨近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離后，可以利用三邊定位法或者極大似然估計(jì)法計(jì)算自身位置。
該算法建立在COTS硬件基礎(chǔ)上，墓于PC運(yùn)行的Linux平臺(tái)，采用偽噪聲序列信號(hào)作為聲波信號(hào)，使用標(biāo)準(zhǔn)的聲卡發(fā)射和捕獲偽噪聲序列信號(hào)。另外，還有揚(yáng)聲器模塊和麥克風(fēng)模塊。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包在MAC層，網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序等地方的等待時(shí)間的變化容易產(chǎn)生同步錯(cuò)誤。為了克服這個(gè)問(wèn)題，作者用一個(gè)線束連到并口，編寫從并口針腳捕獲中斷的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，立刻記錄時(shí)間戳，同時(shí)在記錄的時(shí)間序列中加入同步脈沖到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的麥克風(fēng)模塊，這樣很好地解決了同步錯(cuò)誤問(wèn)題。
從整體上來(lái)講，基于TOA的定位實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，定位精度高，但是要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，這樣對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。
基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用已經(jīng)不再陌生，前面講述的Cricket系統(tǒng)就是一個(gè)很好的應(yīng)用，定位原理將不再重復(fù)。下面重點(diǎn)介紹另一個(gè)基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用-AHLos( Ad-Hoc Localization System)系統(tǒng)。
AHLos系統(tǒng)‘41在初始階段已經(jīng)通過(guò)人工配置或者使用GPS定位技術(shù)使一小部分節(jié)點(diǎn)成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)未知節(jié)點(diǎn)的定位是一個(gè)逐步迭代的過(guò)程。首先信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)通過(guò)TDOA方法測(cè)得與周圍臨近節(jié)點(diǎn)的距離和接收到的位置信息使用相應(yīng)的定位算法計(jì)算自身的位置。一旦未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的位置便轉(zhuǎn)化成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)并向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，使其他未知節(jié)點(diǎn)獲取更多的定位信息。這樣依次迭代直到網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點(diǎn)均計(jì)算出自己的位置。
Girod L等利用TOA測(cè)距技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)定位，由于聲波相對(duì)于無(wú)線射頻信號(hào)而言，具有成本低，硬件復(fù)雜度低，有利于發(fā)送方和接收方時(shí)間同步，包含多種波長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，該文獻(xiàn)選擇使用聲波測(cè)距系統(tǒng)。該系統(tǒng)中假設(shè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)均包含一個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)，發(fā)射機(jī)發(fā)射一種命名為chirp的聲波，并且同時(shí)在該聲波中包含了發(fā)送時(shí)以告訴接收者。當(dāng)接收機(jī)收到chirp聲波后從中提取發(fā)送時(shí)間，利用聲波在大氣中的傳播模型計(jì)算發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離。節(jié)點(diǎn)在計(jì)算出與多個(gè)臨近信標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的距離后，可以利用三邊定位法或者極大似然估計(jì)法計(jì)算自身位置。
該算法建立在COTS硬件基礎(chǔ)上，墓于PC運(yùn)行的Linux平臺(tái)，采用偽噪聲序列信號(hào)作為聲波信號(hào)，使用標(biāo)準(zhǔn)的聲卡發(fā)射和捕獲偽噪聲序列信號(hào)。另外，還有揚(yáng)聲器模塊和麥克風(fēng)模塊。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包在MAC層，網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序等地方的等待時(shí)間的變化容易產(chǎn)生同步錯(cuò)誤。為了克服這個(gè)問(wèn)題，作者用一個(gè)線束連到并口，編寫從并口針腳捕獲中斷的Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，立刻記錄時(shí)間戳，同時(shí)在記錄的時(shí)間序列中加入同步脈沖到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)的麥克風(fēng)模塊，這樣很好地解決了同步錯(cuò)誤問(wèn)題。
從整體上來(lái)講，基于TOA的定位實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，定位精度高，但是要求節(jié)點(diǎn)間保持精確的時(shí)間同步，這樣對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗提出了較高的要求。
基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用已經(jīng)不再陌生，前面講述的Cricket系統(tǒng)就是一個(gè)很好的應(yīng)用，定位原理將不再重復(fù)。下面重點(diǎn)介紹另一個(gè)基于TDOA測(cè)距定位的應(yīng)用-AHLos( Ad-Hoc Localization System)系統(tǒng)。
AHLos系統(tǒng)‘41在初始階段已經(jīng)通過(guò)人工配置或者使用GPS定位技術(shù)使一小部分節(jié)點(diǎn)成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，它實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)未知節(jié)點(diǎn)的定位是一個(gè)逐步迭代的過(guò)程。首先信標(biāo)節(jié)點(diǎn)向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，未知節(jié)點(diǎn)通過(guò)TDOA方法測(cè)得與周圍臨近節(jié)點(diǎn)的距離和接收到的位置信息使用相應(yīng)的定位算法計(jì)算自身的位置。一旦未知節(jié)點(diǎn)計(jì)算出自己的位置便轉(zhuǎn)化成為信標(biāo)節(jié)點(diǎn)并向周圍鄰近節(jié)點(diǎn)廣播自己的位置信息，使其他未知節(jié)點(diǎn)獲取更多的定位信息。這樣依次迭代直到網(wǎng)絡(luò)中所有未知節(jié)點(diǎn)均計(jì)算出自己的位置。
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