專利名稱：一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，。
背景技術：
無線定位與跟蹤技術不僅在軍事上有重大的應用價值，也在農業(yè)、工業(yè)生 產信息自動化與控制領域具有廣闊的應用空間。是大規(guī)模無線傳感器網絡數(shù)據(jù)
檢測、對目標的定位、跟蹤、偵査、及與GIS相結合應用領域中的一項核心技 術，傳統(tǒng)的定位與跟蹤技術一般采用GP S信號接收機或GPS與GPS基站構成 差分定位跟蹤的方法，將GPS信號接收器安裝在各個定位與跟蹤節(jié)點上接收定 位信號，從而導致定位跟蹤成本高，局部定位精度低、可靠性差等缺陷。
發(fā)明內容
為了克服無線傳感器網絡中定位成本高，精度低的缺陷。本發(fā)明的目的是 提供一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法。能對移動的定位節(jié)點進行 較準確地定位和跟蹤。
一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，它包括
1) 無線傳感器網絡定位固定節(jié)點載有GPS信號接收裝置，被定位節(jié)點或移
動節(jié)點具有無線發(fā)射與接收功能；
2) 定位固定節(jié)點在同一平面上置于一個規(guī)則的多邊形外圍頂點；
3) 定位固定節(jié)點處在接收各路信號路由時，也接收被定位節(jié)點和移動節(jié)點 定位信號，根據(jù)定位固定節(jié)點接收到的定位信號能量計算出定位固定節(jié)點和被 定位節(jié)點或移動節(jié)點間的距離，通過多點定位法計算出被定位節(jié)點的位置，當 移動節(jié)點在移動過程中被定位固定節(jié)點通過多點定位法計算出定位位置點，由 多個位置點描成運動軌跡，通過運動軌跡進行跟蹤；
4) 無線傳感網絡的網關節(jié)點通過USB接口與PC機相連； 5無線傳感器網絡各節(jié)點利用太陽能電池或蓄電池供電； 6)被定位或被跟蹤的移動的節(jié)點發(fā)射信號時發(fā)射功率始終保持穩(wěn)定一致。 所述的多點定位法是四個圍成封閉的規(guī)則四方形的定位固定節(jié)點，記下
GPS坐標，由這四點構成一個坐標系，以各定位固定節(jié)點接收到同一個被定位 節(jié)點或移動節(jié)點的距離值rl、 r2、 r3、 r4后，以各定位固定節(jié)點位置為圓心、以 各定位固定節(jié)點與被定位節(jié)點或移動節(jié)點所測得的距離rl、 r2、 r3、 r4為半徑畫圓。四圓相交相交于一點時通過計算機上位機擬合，記錄下該點在坐標系中的 坐標值，通過軟件擬合手段即將節(jié)點的位置信息和運動軌跡清楚地記錄并保存。 所述的無線傳感器網絡定位固定節(jié)點、被定位節(jié)點、移動節(jié)點均是以
CC2431單片機為核心的無線傳感器節(jié)點模塊，定位固定節(jié)點又能穩(wěn)定收到GPS 信號的無線傳感器節(jié)點。
所述的無線傳感網絡的網關節(jié)點通過包括任何串口轉USB接口和任何協(xié)議 的USB接口與PC機通信。
本發(fā)明與背景技術相比，具有以下特點
(1) 功能強大，可實現(xiàn)多點無線通訊方式的相對定位。定位固定節(jié)點數(shù)越 多，定位精度越高。并可對移動節(jié)點進行定位與跟蹤，在PC機上準確地描出移 動節(jié)點運動軌跡。
(2) 結構簡單、經濟、小巧靈活，整個無線傳感器網絡定位系統(tǒng)只須要在 固定節(jié)點上安裝GPS信號接收器，在無線傳感器網絡其它節(jié)點上沒有加載任何 其它設備。
(3) 使用方便，將定位節(jié)點布置好后，布通整個無線傳感器網絡，利用PC 機發(fā)送各種命令對系統(tǒng)進行控制。
(4) 具有良好的經濟效益，傳統(tǒng)的無線傳感器網絡對移動的節(jié)點定位和跟 蹤十分困難，成本高。利用無線能量傳輸?shù)臒o線傳感器網絡多點定位跟蹤方法 既可以降低應用成本，又可以方便定位和跟蹤，可廣泛推廣，經濟效益較好。
圖1為無線傳感器網絡多點精準定位與跟蹤方法系統(tǒng)原理圖。 圖2為多點無線定位與跟蹤、描動動軌跡原理圖。
具體實施例方式
1) 無線傳感器網絡定位固定節(jié)點載有GPS信號接收裝置，被定位節(jié)點或移 動節(jié)點具有無線發(fā)射與接收功能；
2) 定位固定節(jié)點在同一平面上置于一個規(guī)則的多邊形外圍頂點；
3) 定位固定節(jié)點處在接收各路信號路由時，也接收被定位節(jié)點和移動節(jié)點 定位信號，根據(jù)定位固定節(jié)點接收到的定位信號能量計算出定位固定節(jié)點和被 定位節(jié)點或移動節(jié)點間的距離，通過多點定位法計算出被定位節(jié)點的位置，當 移動節(jié)點在移動過程中被定位固定節(jié)點通過多點定位法計算出定位位置點，由 多個位置點描成運動軌跡，通過運動軌跡進行跟蹤；
4) 無線傳感網絡的網關節(jié)點通過USB接口與PC機相連；
45) 無線傳感器網絡各節(jié)點利用太陽能電池或蓄電池供電；
6) 被定位或被跟蹤的移動的節(jié)點發(fā)射信號時發(fā)射功率始終保持穩(wěn)定一致。 在圖1中，五角星節(jié)點代表定位固定節(jié)點，它們的分布處于帶塊布置面上
的規(guī)則四邊形頂點處，多個相連的四邊形構成一個定位跟蹤區(qū)域。圓圈代表的 為被定位節(jié)點，太陽符號的節(jié)點為移動節(jié)點。在無線傳感器網絡布通后，定位 固定節(jié)點不僅參與無線傳感器網絡數(shù)據(jù)路由，也接收由被定位節(jié)點或跟蹤節(jié)點 發(fā)過來的定位信號，定位固定節(jié)點通過對接收到的定位信號進行能量統(tǒng)計計算 出固定節(jié)點與被定位節(jié)點或移動節(jié)點間的距離，將距離信號發(fā)送給網關節(jié)點， 網關節(jié)點通過USB接口與PC機相連，通過USB接口將位置信號傳給PC機。 PC機收集各定位固定節(jié)點計算出的距離值，通過多點定位法計算出被定位節(jié)點 或移動節(jié)點的定位位置點的坐標值。由PC機軟件實現(xiàn)多點定位，并根據(jù)移動節(jié) 點的定位點連接擬合成移動節(jié)點的運動軌跡，實現(xiàn)對移動節(jié)點的跟蹤。
在圖2中，在一局部區(qū)域內，四個可以圍成封閉的四方形的固定節(jié)點，記 下其坐標(GPS定位值)，描繪由四點構成的坐標系。整個無線傳感器網絡可以 分為多個規(guī)則四邊形區(qū)域。以每個固定點接收到同一個定位節(jié)點的距離值rl 、r2、 r3、 r4后，分別以四個定位固定節(jié)點01、 02、 03、 04為圓心，以各定位固定 節(jié)點與被定位節(jié)點或移動節(jié)點的距離R1、 R2、 R3、 R4為半徑作圓。四個圓相 交于一點或大概相交于一點時通過計算機上位機擬合，記錄下該點在坐標系中 的坐標值，通邊軟件擬合手段即可以將節(jié)點的位置信息和運動軌跡清楚地記錄 并保存。
所述的無線傳感器網絡定位固定節(jié)點、被定位節(jié)點、移動節(jié)點均是以 CC2431單片機為核心的無線傳感器節(jié)點模塊，定位固定節(jié)點又能穩(wěn)定收到GPS
信號的無線傳感器節(jié)點。
所說的無線傳感網絡的網關節(jié)點通過包括任何串口轉USB接口和任何協(xié)議
的USB接口與PC機通信。
所述的無線傳感網絡節(jié)點供電電源包括任何型號，品牌的太陽能電池和蓄 電池，或充電電池。
所述的被定位的節(jié)點發(fā)射信號功率包括任何能使各有效定位固定節(jié)點能接 收到信號的功率。
權利要求
1. 一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，其特征在于它包括1)無線傳感器網絡定位固定節(jié)點載有GPS信號接收裝置，被定位節(jié)點或移動節(jié)點具有無線發(fā)射與接收功能；2)定位固定節(jié)點在同一平面上置于一個規(guī)則的多邊形外圍頂點；3)定位固定節(jié)點處在接收各路信號路由時，也接收被定位節(jié)點和移動節(jié)點定位信號，根據(jù)定位固定節(jié)點接收到的定位信號能量計算出定位固定節(jié)點和被定位節(jié)點或移動節(jié)點間的距離，通過多點定位法計算出被定位節(jié)點的位置，當移動節(jié)點在移動過程中被定位固定節(jié)點通過多點定位法計算出定位位置點，由多個位置點描成運動軌跡，通過運動軌跡進行跟蹤；4)無線傳感網絡的網關節(jié)點通過USB接口與PC機相連；5)無線傳感器網絡各節(jié)點利用太陽能電池或蓄電池供電；6)被定位或被跟蹤的移動的節(jié)點發(fā)射信號時發(fā)射功率始終保持穩(wěn)定一致。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，其 特征在于所述的多點定位法是四個圍成封閉的規(guī)則四方形的定位固定節(jié)點， 記下GPS坐標，由這四點構成一個坐標系，以各定位固定節(jié)點接收到同一個被 定位節(jié)點或移動節(jié)點的距離值rl、 r2、 r3、 r4后，以各定位固定節(jié)點位置為圓心、 以各定位固定節(jié)點與被定位節(jié)點或移動節(jié)點所測得的距離rl、 r2、 r3、 r4為半徑 畫圓。四圓相交相交于一點時通過計算機上位機擬合，記錄下該點在坐標系中 的坐標值，通過軟件擬合手段即將節(jié)點的位置信息和運動軌跡清楚地記錄并保 存。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，其 特征在于所述的無線傳感器網絡定位固定節(jié)點、被定位節(jié)點、移動節(jié)點均是 以CC2431單片機為核心的無線傳感器節(jié)點模塊，定位固定節(jié)點又能穩(wěn)定收到 GPS信號的無線傳感器節(jié)點。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法，其 特征在于所說的無線傳感網絡的網關節(jié)點通過包括任何串口轉USB接口和任 何協(xié)議的USB接口與PC機通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網絡多點準確定位與跟蹤方法。無線傳感器網絡中定位固定節(jié)點布置在規(guī)則四邊形頂點處，傳感器網絡中各節(jié)點均負責數(shù)據(jù)采集和傳輸，定位固定節(jié)點不僅參與數(shù)據(jù)路由，也接收由被定位或跟蹤的節(jié)點發(fā)來的定位信號，定位固定節(jié)點通過對信號進行能量統(tǒng)計計算出固定節(jié)點與被定位節(jié)點間的距離，并發(fā)送給無線傳感器網關節(jié)點，通過網關節(jié)點傳送給PC機。PC機收集各定位固定節(jié)點的定位信號后由多點定位方法計算出被定位節(jié)點或移動節(jié)點的位置，通過軟件擬合描出移動跟蹤節(jié)點的運動軌跡。降低了無線定位的成本，提高了定位精度和跟蹤能力。對無線傳感器網絡精準定位與跟蹤技術發(fā)展具有積極推動作用。
文檔編號G01S5/14GK101464510SQ200910095320
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月8日 優(yōu)先權日2009年1月8日
發(fā)明者勇 何, 偉 張, 聶鵬程, 鄧洪峰 申請人:浙江大學