无线传感网中非测距声源定位方法研究

发布时间：2020-08-13 19:31

【摘要】：无线传感网技术的日渐成熟为基于无线传感的声源定位方法提供了巨大的发展空间和广泛的应用场景,如安防预警、环境监测、智慧城市等。在一些特定的应用场景中,比起定位精度,声源定位方法的鲁棒性更受关注。因此,本文考虑非测距方式提出一种高鲁棒性声源定位方法:基于线性规划的序列化声源定位算法(Sequence-Based Localization with Linear Programming,LPSBL)。另外,本文还基于现有可移动设备设计并实现一个声源定位测试系统,用于在真实环境下检验LPSBL定位算法的性能。LPSBL定位算法利用声源信号到达各个节点的先后顺序关系构建约束条件,从而转化为线性规划的形式来估算声源的位置。LPSBL定位算法还利用凸优化中的松弛量思想来解决由节点到达时间点(Time of Arrival,TOA)测量误差导致定位失败的问题,从而增强算法的鲁棒性。基于现有可移动设备的声源定位测试系统利用WLAN下的精确时间协议(Precise Time Protocol,PTP)对可移动设备进行粗粒度时间同步,并添加统计学方法来保证时间同步的稳定性。本文还设计了一种移动方差方法用于侦测来自声源的第一个到达信号采样点,并通过线性插值方法获取声源信号达到可移动设备的TOA。最后,声源定位系统将各个节点的TOA数据输入LPSBL定位算法进行声源位置的估算。本文通过仿真实验和实测实验对LPSBL定位算法的定位性能进行了验证,并引入SBL定位算法来进行对比。实验结果表明,LPSBL定位算法在节点位置误差、节点TOA测量误差等系输入误差存在的情况下,仍能有效地对声源进行定位。这表明LPSBL定位算法在提供令人满意的定位精度的同时,保持了极高的鲁棒性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【图文】：

图 1.1 典型多跳无线传感网的结构Fig. 1.1 Typical architecture of a multi-hop wireless sensor network传感网的优势主要有以下几点：（1）无线传感网具有的自组织特性需要其他硬件基础设施的支持；（2）网络中的节点可以被随机部署[1]

图 1.2 无线传感网的应用场景Fig. 1.2 Applications of wireless sensor networks因为应用前景的广阔，无线传感网一直是计算机学科网络研究领域的多科研工作者都在对无线传感网技术进行研究。作为一门复杂的交叉针对无线传感网的研究主要分为以下五个方向：

图 2.1 无线传感网声源定位系统模型ig. 2.1 The model of sound source localization system based on wireless sensor netwo于无线传感网的声源定位方案大多基于无线声学传感网来实现，图 2.1 展感网声源定位系统的模型。其中，小圆圈表示带有麦克风的传感器节点，标表示声源，以扬声器图标为圆心的圆形阴影区域表示可感知声源发出的

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本文编号：2792422