基于通用相关的无线传感网络节点快速定位算法
发布时间：2021-10-11 13:54
节点定位在无线传感网络中至关重要,而采用传统通用互相关函数进行定位存在计算工作量大、延迟时间长的问题。若采用"不定长相关峰搜索"快速搜索互相关序列的最大值所在区间,再小范围精确搜索实际最大值进行快速互相关函数算法,可以减少计算量,缩短延时。理论仿真和实验表明,仿真得到的延时与理论上的延时能够完全吻合,且改进算法性能优越,在保证计算精度的情况下极大地提高了计算速度,具有很好的实用性和广阔的市场应用前景。
【文章来源】：通信技术. 2019,52(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
激光互相关测距示意图
·1355·第52卷陈佳媛，杨丹：基于通用相关的无线传感网络节点快速定位算法第6期[][][][]12111111211111()()()()(()())()()()()()()()SSSSSnSSREStStEStStDntEStStDEStntRDRRDττττττττ==+++=+++=+=iiii（3）由于噪声与信号互不相关，所以式（3）中RS1n(τ)=0。由式（3）可知，S1(t)，S2(t)互相关函数取得最大值时，RS1S1(τ-D)也取得最大值。而RS1S1(τ-D)≤RS1S1(0)，所有取得最大值时的て，即为延时D，即：τ=D时RS1S1(τ)取得最大值。当S1(t)，S2(t)是紧密相关的信号时，RS1S2(τ)将会有一个很突出的相关峰出现，图2为S1(t)与S2(t)相关函数仿真波形。（a）S1(n)输出序列（b）S2(n)为S1(n)延迟30+随机噪声的输出序列（c）互相关序列（d）延迟加噪声序列与原序列的相关输出图2为S1(t)与S2(t)相关函数仿真波形3快速互相关峰值搜索算法通过D/A对采集的信号数字化，其互相关函数的表达式为：1211201()()(),(01,2,3,,1)NSSjjiRSiSiNjNττ===…∑，（4）式中，N为积分区间上的采样数据总数，τj为τ的取值序列，τj的取值间隔与数据采样间隔相同。若采集数字信号经相关处理得到τ0后，传播延时可由式（5）求出：0delaysTCfτ=×（5）式中，fs为采样频率，C为信号传播速度。
'接收到FM+高斯白噪声的回波信号');%下面是互相关函数的计算X1=fft(x1,2*N-1);X2=fft(x2,2*N-1);Sxy=X1.*conj(X2);Cxy=fftshift(ifft(Sxy));figure(3)t1=(0:2*N-2)/fs;plot(t1,Cxy,’k’);title('计算互相关函数输出');xlabel('时间/s');ylabel('Rx1x2(t)’);[max,location]=max(Cxy);%计算最大值,及最大值所在位置（第几行）location;d=location-NDelay=d/fs%计算得到的时间延迟图4为延时d=30的仿真图。通过对改进算法仿真可以看出，理论上的延时与仿真得到的延时完全吻合，取得了非常好的效果。经实验，在采样点为512的情况下，一次通常的互相关计算时间为2s，而改进算法，若K=2时，计算时间为0.25s。若K=3时，计算时间为31.3ms，与理论值很吻合。同时证明，采用此种快速计算方法具有很实用的价值。（a）FM调制+高斯白噪声信号（b）接收到FM+高斯白噪声的回波信号（c）计算互相关函数输出图4延时d=30的仿真图
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向“互联网+”的网络技术发展现状与未来趋势[J]. 王兴伟,李婕,谭振华,马连博,李福亮,黄敏. 计算机研究与发展. 2016(04)
[2]物联网搜索技术综述[J]. 高云全,李小勇,方滨兴. 通信学报. 2015(12)
[3]面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J]. 陈海明,崔莉. 计算机学报. 2016(05)
本文编号：3430642
【文章来源】：通信技术. 2019,52(06)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
激光互相关测距示意图
·1355·第52卷陈佳媛，杨丹：基于通用相关的无线传感网络节点快速定位算法第6期[][][][]12111111211111()()()()(()())()()()()()()()SSSSSnSSREStStEStStDntEStStDEStntRDRRDττττττττ==+++=+++=+=iiii（3）由于噪声与信号互不相关，所以式（3）中RS1n(τ)=0。由式（3）可知，S1(t)，S2(t)互相关函数取得最大值时，RS1S1(τ-D)也取得最大值。而RS1S1(τ-D)≤RS1S1(0)，所有取得最大值时的て，即为延时D，即：τ=D时RS1S1(τ)取得最大值。当S1(t)，S2(t)是紧密相关的信号时，RS1S2(τ)将会有一个很突出的相关峰出现，图2为S1(t)与S2(t)相关函数仿真波形。（a）S1(n)输出序列（b）S2(n)为S1(n)延迟30+随机噪声的输出序列（c）互相关序列（d）延迟加噪声序列与原序列的相关输出图2为S1(t)与S2(t)相关函数仿真波形3快速互相关峰值搜索算法通过D/A对采集的信号数字化，其互相关函数的表达式为：1211201()()(),(01,2,3,,1)NSSjjiRSiSiNjNττ===…∑，（4）式中，N为积分区间上的采样数据总数，τj为τ的取值序列，τj的取值间隔与数据采样间隔相同。若采集数字信号经相关处理得到τ0后，传播延时可由式（5）求出：0delaysTCfτ=×（5）式中，fs为采样频率，C为信号传播速度。
'接收到FM+高斯白噪声的回波信号');%下面是互相关函数的计算X1=fft(x1,2*N-1);X2=fft(x2,2*N-1);Sxy=X1.*conj(X2);Cxy=fftshift(ifft(Sxy));figure(3)t1=(0:2*N-2)/fs;plot(t1,Cxy,’k’);title('计算互相关函数输出');xlabel('时间/s');ylabel('Rx1x2(t)’);[max,location]=max(Cxy);%计算最大值,及最大值所在位置（第几行）location;d=location-NDelay=d/fs%计算得到的时间延迟图4为延时d=30的仿真图。通过对改进算法仿真可以看出，理论上的延时与仿真得到的延时完全吻合，取得了非常好的效果。经实验，在采样点为512的情况下，一次通常的互相关计算时间为2s，而改进算法，若K=2时，计算时间为0.25s。若K=3时，计算时间为31.3ms，与理论值很吻合。同时证明，采用此种快速计算方法具有很实用的价值。（a）FM调制+高斯白噪声信号（b）接收到FM+高斯白噪声的回波信号（c）计算互相关函数输出图4延时d=30的仿真图
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向“互联网+”的网络技术发展现状与未来趋势[J]. 王兴伟,李婕,谭振华,马连博,李福亮,黄敏. 计算机研究与发展. 2016(04)
[2]物联网搜索技术综述[J]. 高云全,李小勇,方滨兴. 通信学报. 2015(12)
[3]面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J]. 陈海明,崔莉. 计算机学报. 2016(05)
本文编号：3430642
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