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基于无线传感器网络的多声源定位系统研究与实现

作　者: 柳伟
导　师: 葛根焰
学　校: 中北大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 无线传感器网络 多声源定位 通用节点设计 信号处理 时间同步
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


无线传感器网络作为一种新型的数据采集和处理手段越来越受到人们普遍的重视。作为一种全新的计算模式,无线传感器网络利用众多分布在物理环境中具有感知、计算和通信能力的微小节点近距离地观察环境,改变了人类与环境的交互方式,在环境监测、工业过程控制、战场监视、灾后救援等场合有着广泛的应用。本文研究并实现了基于无线传感器网络的多声源定位系统。首先研究了多声源定位算法及其约束条件,提出了适合于多声源定位的多声源定位算法。然后结合多声源定位的实际应用,分析了基于接收者-接收者同步机制的RBS时间同步算法和基于发送者-接收者的TPSN算法,最后得到了一种鲁棒性好、开销小以及误差小的改进型的时间同步算法。然后对芯片的选择和电路的设计进行了分析,设计了适合于声源温度湿度传感器的通用无线传感器节点。并给出了节点数据处理和无线收发部分、信号采集部分的电路实现原理。此外还对声音信号的采集处理技术进行了深入研究,分析了影响信号采样频率的相关因素,采用滑窗平均法实现了信号的平滑滤波,提出了原始声源信号的处理方法。最后利用TinyOS操作系统实现了声音同步和数据上传软件,并开发了定位终端显示软件。最后搭建实验平台进行实验并对数据进行分析,综合分析了产生误差的主要原因。验证了算法的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1. 绪论  9-18
  1.1 课题来源  9
  1.2 课题研究的目的及意义  9
  1.3 课题需求分析  9-10
  1.4 无线传感器网络综述  10-16
    1.4.1 无线传感器网络特点  11-12
    1.4.2 无线传感器网络研究领域分类  12
    1.4.3 无线传感器网络的应用领域  12-14
    1.4.4 无线传感器网络发展及研究现状  14-16
  1.5 论文框架及章节安排  16-18
2. 多声源定位系统总体设计概述  18-22
  2.1 多声源定位系统总体架构  18-19
  2.2 多声源定位系统中单个节点结构与多声源定位系统特点  19-20
    2.2.1 传感器节点体系结构  19-20
    2.2.2 多声源定位系统特点  20
  2.3 多声源定位系统重要支撑技术  20-21
  2.4 本章小结  21-22
3. 多声源定位算法研究  22-42
  3.1 定位概述  22-23
    3.1.1 定位简介  22
    3.1.2 无线传感器网络定位技术指标和系统设计要点  22-23
  3.2 定位算法分类  23-31
    3.2.1 基于测距  23-29
    3.2.2 无需测距  29-31
  3.3 多声源定位算法研究  31-37
    3.3.1 多声源定位传统方式  31-32
    3.3.2 声源定位算法几何模型  32-33
    3.3.3 高精度声源算法实现  33-37
  3.4 多声源定位算法约束条件  37-40
    3.4.1 多声源定位算法中的伪值问题  38-39
    3.4.2 多声源定位算法中约束条件的实现  39-40
  3.5 本章小结  40-42
4. 多声源定位系统时间同步算法研究  42-52
  4.1 时间同步原理  42-44
    4.1.1 节点硬件时钟模型和逻辑时钟模型  42-43
    4.1.2 造成时延的不确定性因素  43
    4.1.3 时间同步算法性能指标  43-44
  4.2 典型时间同步算法  44-46
    4.2.1 RBS 同步算法  44-45
    4.2.2 TPSN 同步算法  45-46
  4.3 改进型时间同步算法实现  46-51
    4.3.1 RBS 算法与TPSN 算法分析  46-47
    4.3.2 问题解决方法  47-48
    4.3.3 改进型算法描述和实现流程  48-50
    4.3.4 改进型算法性能分析  50-51
  4.4 本章小结  51-52
5. 多声源定位系统平台设计  52-61
  5.1 节点数据收发和数据处理部分  52-55
    5.1.1 芯片选择及硬件电路设计  52-55
  5.2 节点声音处理部分  55-60
    5.2.1 声源信号采样  56-58
    5.2.2 声源信号处理  58-60
  5.3 本章小结  60-61
6. 多声源定位系统实现及实验  61-73
  6.1 多声源定位系统软件  61-68
    6.1.1 节点声源采集软件  62-63
    6.1.2 节点时间同步软件  63-64
    6.1.3 系统终端显示软件  64-68
  6.2 实验结果及分析  68-72
    6.2.1 定位试验  69-70
    6.2.2 温度湿度测试  70-71
    6.2.3 试验结果分析  71-72
  6.3 本章小结  72-73
7. 结论与展望  73-74
参考文献  74-79
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  79-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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