基于Matlab仿真的區(qū)域傳感器定位最佳節(jié)點(diǎn)布局研究

【摘要】 基于無(wú)源時(shí)差定位的方式在民用和警用上具有廣泛的應(yīng)用，其被動(dòng)的工作方式以及隱蔽的性能在區(qū)域環(huán)境預(yù)警和監(jiān)控中越來(lái)越發(fā)揮重要的作用。本文首先對(duì)振動(dòng)傳感器定位的原理和方法進(jìn)行了闡述，對(duì)時(shí)差無(wú)源定位的算法進(jìn)行了研究，明確了節(jié)點(diǎn)中主站與副站基線的距離以及傳感器的陣形等因素決定了定位精度的高低，從而提出了多節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位中最佳站址布局的方式。

【關(guān)鍵詞】 時(shí)差定位 定位精度 傳感器布站

一、多節(jié)點(diǎn)區(qū)域協(xié)同定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介

根據(jù)工程的需要本文設(shè)計(jì)了多節(jié)點(diǎn)協(xié)同定位系統(tǒng)，本系統(tǒng)由節(jié)點(diǎn)模塊、CAN通信模塊、區(qū)域控制器模塊、中心控制器模塊、中心模塊等五個(gè)模塊組成。其中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的振動(dòng)傳感器與區(qū)域控制器通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信，而后經(jīng)過(guò)濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后，通過(guò)CAN總線發(fā)送至中心控制器。中心控制器通過(guò)時(shí)差定位原理來(lái)計(jì)算出振源的具體位置[1]。

二、聯(lián)合測(cè)時(shí)差定位精度算法分析

由上述分析可知二維空域的測(cè)時(shí)差定位系統(tǒng)主要由一個(gè)主陣和兩個(gè)副陣共三個(gè)接收基陣組成。假設(shè)主陣陣址為（x0，y0），副陣i陣址為（xi，yi），測(cè)得目標(biāo)（x，y），到達(dá)主陣與各副陣的距離差為[3]。由上述分析可得二維目標(biāo)定位的觀測(cè)方程為：

（1）

對(duì)上式方程關(guān)于x，y進(jìn)行全微分得：

（2）

其中：

本式中定位幾何稀釋精度GDOP可以如下表示：

三、傳感器陣列布局以及仿真

假設(shè)各傳感器的測(cè)量時(shí)差誤差的標(biāo)準(zhǔn)差都相等，其均為0.1ms，各站接收站站址測(cè)量誤差為0.5m，其中主站的坐標(biāo)位置為（0，0），輔站的坐標(biāo)位置為（100，0）、（-100，0），待測(cè)的振源目標(biāo)坐標(biāo)為（x，y），則相應(yīng)仿真結(jié)果如圖3-1所示，而后對(duì)陣形為等邊三角形的傳感器分布進(jìn)行Matlab仿真，得到其定位精度分布圖如圖3-2所示：

比較圖3-1至圖3-2所示的各種GDOP分布情況，可以看出，不同的基陣分布對(duì)應(yīng)的GDOP分布等高線是不同的，布陣形式對(duì)于系統(tǒng)的定位精度有很大影響。

四、總結(jié)與展望

本文首次簡(jiǎn)要概述了多節(jié)點(diǎn)區(qū)域協(xié)同定位的系統(tǒng)，而后對(duì)時(shí)差定位精度算法進(jìn)行了分析，進(jìn)而探索了節(jié)點(diǎn)內(nèi)部傳感器的陣列布局，通過(guò)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)，可以直觀形象的得到其分布情況，對(duì)最佳節(jié)點(diǎn)布局提供了具體的參考方向。